AT507365A2 - Verbesserte legierungswiedergewinnung in stahlschmelzbädern unter verwendung von mit desoxidationsmitteln dotierten fülldrähten - Google Patents

Description

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Querverweis auf eine verwandte Anmeldung [0001] Diese Anmeldung beansprucht die Priorität auf die vorläufige US-Anmeldung Nr. 60/938,671, die am 17. Mai 2007 eingereicht und deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.

Gebiet der Erfindung [0002] Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Zugabe von Legierungen zu einer Metallschmelze und einer Stahlschmelze im Besonderen. Genauer betrifft diese Erfindung die Zugabe von Legierungen und Desoxidationsmitteln zu geschmolzenem Stahl, um die Wiedergewinnung in dem Metall zu erhöhen.

Allgemeiner Stand der Technik [0003] Bekanntermaßen werden Legierungen und andere Additive zu geschmolzenem Stahl hinzugefügt, um die Materialeigenschaften, einschließlich der Festigkeit und Härte, des Stahlendprodukts zu verbessern.

[0004] Im Stand der Technik wird die Zugabe von Legierungen und Additiven zu geschmolzenem Stahl häufig erreicht, indem pulverförmige Legierungen und Additive in einen Metallmantel eingehüllt werden, um einen „Fülldraht" zu bilden, der danach in den geschmolzenen Stahl „eingespritzt" wird, der in einer Pfanne der Stahlverfeinerungsanlage der meisten Stahlwerke enthalten ist. Die US-Patentschrift Nr. 4,128,414 beschreibt dieses Ein-Spritzverfahren. Ein Teil des in den Stahl eingespritzten Materials bleibt nicht in dem Stahl. Zur effizienten Herstellung von durch Additive oder Legierungen verbessertem geschmolzenem Stahl ist es wünschenswert, die „Wiedergewinnung" in der Stahlschmelze zu erhöhen. 2 - 4

• · · · · ·· ··· ······ [0005] Die "Wiedergewinnung" ist ein Maß der Menge von Legierungen und Additiven, die in der Stahlschmelze nach der Einspritzung vorhanden ist. Die Wiedergewinnung wird als Prozentanteil der in den Stahl eingespritzten Legierung oder Additivs ausgedrückt, die bzw. das nach der Einspritzung in dem Stahl enthalten ist. Je höher der Anteil des nach der Einspritzung enthaltenen Stahls, desto größer die Wiedergewinnung. Größere Wiedergewinnungen bedeuten geringere Kosten für den Stahlhersteller, da weniger Fülldraht eingespritzt wird. Auch bedeutet eine größere Wiedergewinnung, dass die Endchemie des Stahls besser vorhersagbar und wiederholbar ist.

[0006] Bekanntermaßen führen Zusatzlegierungen (in der Regel zu Pulver gemahlene mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter), die in einem Fülldraht mit Stahlmantel eingehüllt sind, der tief in Schmelzbäder eingespritzt wird, zu einer bedeutenden Verbesserung der Wiedergewinnung. Allerdings wird die Wiedergewinnung von bestimmten Zusatzlegierungen durch die Sauerstof fgehalte sowohl in dem Schmelzbad als auch der geschmolzenen Schlacke auf der Oberseite des Schmelzbads bekanntermaßen negativ beeinflusst. Die Verringerung des Sauerstoffgehalts in dem Schmelzbad und der geschmolzenen Schlacke ist möglich; allerdings kann er in keinem Fall auf null gebracht werden. Im Allgemeinen bleibt immer eine Sauerstoffmenge in der Metallschmelze und der geschmolzenen Schlacke zurück, die die Wiedergewinnung der Zusatzlegierung negativ beeinflusst. Je höher der Sauerstoffgehalt, desto negativer die Auswirkung.

[0007] Man geht davon aus, dass Sauerstoff 13 in der Metallschmelze 10 bewirkt, dass die Oberfläche der Zusatzlegierung 16 oxidiert, bevor die Pulverteilchen 16 der Zusatzlegierung in der Metallschmelze 10 gelöst werden können. Dies ist in Fig. 1 dargestellt. In diesem Fall deckt die oxidierte Schicht 19 die Pul- τ ·· · · ···· · ···· ······· · · • · · ······ · • · · · · «··· · • I « · ···· ·· ··· ··· ··· · ·· - 3 - verteilchen 16 der Zusatzlegierung ab und verringert dadurch die Gesamtdichte des Teilchens 16 und macht es so schwimmfähiger als den Stahl 10. Zum Beispiel weist Nb eine Dichte von 8,57 gm/m3 auf, wobei die Dichte von Nb205 4,47 gm/m3 beträgt, jedoch die

Dichte von Stahl 7,6 gm/m3 beträgt. Fig. 2 stellt eine oxidierte Legierung mit einer geringeren Dichte dar, die zu der Oberfläche der Stahlschmelze 10 zunimmt. In anderen Fällen wird die Oxidschicht 19 zu einer Barriere für den geschmolzenen Zusatzlegierungskern 16. Zum Beispiel weisen 70 % FeTi eine Schmelztemperatur von 1085 °C auf, wohingegen Ti02 eine Schmelztemperatur von 1850 °C aufweist, jedoch die Temperatur der Stahlschmelze 10 gewöhnlich um 1600 °C liegt. Diese Mechanismen bewirken, dass sich das Zusatzlegierungsteilchen 16 nicht vollständig in der Schmelze 10 lösen kann, bevor das Teilchen 16 an die Schlackenoberfläche aufsteigt, wo es absorbiert wird.

[0008] In anderen bekannten Verfahren dient die in das Schmelzbad 10 injizierte Zusatzlegierung 16 der Bildung von Nitriden und/oder Carbiden, die für das Endprodukt nutzbringend sind. Jahrelang haben Stahlhersteller Calciumcyanamid (CaCN2) verwendet, um den Stickstoffgehalt in ihrem Schmelzbad 10 zu erhöhen. Siehe zum Beispiel US-Patentschrift Nr. 3,322,530. Ferner hat sich erwiesen, dass sich die Stickstoffwiedergewinnung bedeutend verbessert, wenn das CaCN2 zu dem Schmelzbad 10 mithilfe von Fülldrahteinspritzung zugegeben wird, wie in US-Patentschrift Nr. 4,897,114 beschrieben.

[0009] Trotz der Verbesserungen des Standes der Technik besteht noch immer ein Bedarf, die Wiederherstellung in geschmolzenen Metallen und insbesondere Stahl zu verbessern. - 4 - ····

Kurzdarstellung der Erfindung [0010] Die vorliegende Erfindung kann als Legierungsabgabevorrichtung ausgeführt sein. Die Äbgabevorrichtung kann eine gemischte Substanz mit mindestens einer Zusatzlegierung und mindestens einem Desoxidationsmittel sein. Die gemischte Substanz kann durch einen länglichen Mantel abgedeckt sein. Der Mantel kann ein im Wesentlichen hohler Draht sein, in dem die gemischte Substanz verweilt.

[0011] Die mindestens eine Zusatzlegierung kann FeNb, FeV oder FeTi sein. Das mindestens eine Desoxidationsmittel kann Ca,

CaSi, Si, Al oder CaCN2 sein. Das Desoxidationsmittel kann ein

Pulver sein, das in der Regel aus Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter besteht. Die Zusatzlegierung kann aus gemahlenen Pulverteilchen bestehen, die in der Regel einen Durchmesser von weniger als einen Millimeter haben. Das Desoxidationsmittel kann in einer Menge von in der Regel 5 bis 50 Gew.- oder Vol.-% der Mischung vorhanden sein.

[0012] Die vorliegende Erfindung kann als ein Verfahren zum Bereitstellen einer Zusatzlegierung für die Metallschmelze ausgeführt sein, wobei mindestens ein Desoxidationsmittel mit mindestens einer Zusatzlegierung gemischt wird, um eine gemischte Substanz bereitzustellen. Die gemischte Substanz kann in einem Metallmantel eingehüllt werden, um eine Legierungsabgabevorrichtung bereitzustellen. Eine Metallschmelze kann erzeugt werden und die Legierungsabgabevorrichtung kann in der Metallschmelze bereitgestellt werden. Die Abgabevorrichtung kann in die Metallschmelze eingeführt werden und der Mantel kann in der Metallschmelze geschmolzen lassen werden. Nachdem sie geschmolzen ist, wird die gemischte Substanz mit der Metallschmelze gemischt, wodurch die gemischte Substanz in der Metallschmelze dispergiert wird. ···· ·· - 5 - ·· [0013] In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Wiedergewinnung des Legierungsadditivs in der Stahlschmelze durch Mischen von Desoxidationspulvern mit den Zusatzlegierungen wie, ohne darauf beschränkt zu sein, Ca, CaSi, Si, Al, CaCN2 usw. in variierenden Mengen (in der Regel, jedoch ohne Beschränkung 5 bis 50 Gew.- oder Vol.-% der Mischung) verbessert. Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Desoxidationspulver in der Nähe der Zusatzlegierungspulver freigesetzt werden, wenn sie mit Zusatzlegierungsmitteln gemischt werden und in einem Fülldraht enthalten sind, der in das Schmelzbad eingespritzt wird. Die Desoxidationspulver reagieren mit dem gelösten Sauerstoffgehalt der Metallschmelze und erzeugen eine sauerstoffarme Zone in dem gleichen Bereich wie die Zusatzlegierungsteilchen. In ähnlicher Weise wird im Falle des Mischens von CaCN2-Pulvern mit nitrid- und/oder Carbidbildenden Zusatzlegierungen in Fülldrähten der Zone, in der die Pulver in dem Schmelzbad freigesetzt werden, Sauerstoff entzogen und sie wird auch mit Kohlenstoff und Stickstoff angereichert. Auf diese Weise stellt die vorliegende Erfindung eine durch Additive oder Legierungen verbesserte Stahlschmelze mit verbesserter Wiedergewinnung bereit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen [0014] Für ein besseres Verständnis der Beschaffenheit und Aufgaben der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen und die nachfolgende Beschreibung Bezug genommen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahren des Standes der Technik, wobei ein mit Sauerstoff angereichertes Schmelzbad mit einer Zusatzlegierung reagiert, wodurch eine Oxidschicht über einem Zusatzlegierungskern gebildet wird. ···· ·· · · ···· · ······· · ·

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Fig. 2, dass eine Oxidschicht in den Verfahren des Standes der Technik die Dichte verringert und so die Schwimmfähigkeit der Zusatzlegierung in dem Stahlschmelzbad erhöht.

Fig. 3 eine Oxidschicht mit hoher Schmelztemperatur, die als eine Barriere für die Auflösung des Zusatzlegierungskerns mit niedriger Schmelztemperatur agiert.

Fig. 4 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei CaCN2-Teilchen, die mit Sauerstoff in dem Bad reagieren, einen sauerstoffarmen Bereich erzeugen. Gleichzeitig werden Kohlenstoff und Stickstoff in dem Schmelzbad freigesetzt, die die Anreicherung in dem sauerstoffarmen Bereich bewirken.

Fig. 5 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Desoxidationsmittel keinen Kohlenstoff oder Stickstoff in dem Schmelzbad freisetzt.

Fig. 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung [0015] Die vorliegende Erfindung kann benutzt werden, um eine erhöhte Wiedergewinnung in einer durch Additive oder Legierungen verbesserte Stahlschmelze zu gewinnen. Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Zugabe von Desoxidationspulvern 31 zu den Zusatzlegierungspulvern 28 in Fülldrähten für die Einspritzung in Schmelzbäder eine chemische Reaktion zwischen dem Desoxidationspulver 31 und den Sauerstoffatomen in dem Schmelzbad 10 bewirkt. Diese Reaktion verringert den Sauerstof fgehalt in dem örtlich begrenzten Bereich 34, in dem die Zu- ···· ·· · · ··#· · ······· · · • · · » ··· · · · • · · · ·· · ··· · · · · · ·· «·· ··· ··· t ·· - 7 - satzlegierungspulver 28 freigesetzt werden. Dies ist in Fig. 4 und Fig. 5 zu sehen. Durch Verringern des Sauerstoffgehalts des Bads in dem Bereich 34, in dem die Zusatzlegierungspulver 28 freigesetzt werden, wird die Menge, um welche diese Zusatzlegierungspulver 28 oxidiert wird, bedeutend verringert, wodurch die Wiedergewinnung der Zusatzlegierung 28 erhöht wird. Durch Erhöhen der Wiedergewinnung der Zusatzlegierung 28 wird die Menge, die zum Einspritzen in die Metallschmelze 10 erforderlich ist, verringert, so dass für den Metallhersteller Zeit und Geld gespart wird. Ferner wird die Endchemie der Stahlschmelze durch Erhöhen der Wiedergewinnung besser vorhersagbar und wiederholbar - beides Prozesseigenschaften, die gewünscht werden.

[0016] In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Legierungsabgabevorrichtung bereitgestellt. Die Legierungsabgabevorrichtung kann eine Mischung einer Zusatzlegierung wie FeNb, FeV oder FeTi und eines Desoxidationsmittels wie Ca, CaSi, Si, Al oder CaCN2 enthalten. Diese Mischung kann in einem länglichen Metallmantel untergebracht sein.

[0017] Im Gegensatz zum Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung das desoxidierende und/oder Carbid und Nitrid bildende Potenzial erkannt, wenn CaCN2 mit bestimmten oxidierbaren Nitrid- und/oder Carbidbildnern (z.B. FeNb, FeV, FeTi) kombiniert und dann in das Schmelzbad durch Fülldrahteinspritzung eingeführt wird. Fig. 4 stellt dar, dass, wenn CaCN2-Teilchen 31 mit nitrid-und/oder carbidbildenden Zusatzlegierungen 28 in Fülldrähten gemischt werden, die CaCN2-Teilchen 31 einen Bereich 34 um die Zusatzlegierungsteilchen 28 bildetet, wobei der Sauerstoffgehalt verringert und die Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte angereichert werden. ·· ···· ···· · ······· · · • · · · ··· · · · • · · · · «· · • · · · ···· ·· ··· ··· ··· · ·· - 8 - [0018] In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Desoxidationsmittel in Form eines Pulvers mit Teilchen vor, die in der Regel einen Durchmesser von weniger als einen Millimeter haben, während die Zusatzlegierung in Form eines gemahlenen Pulvers mit Teilchen vorliegt, die in der Regel einen Durchmesser von weniger als einen Millimeter haben. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Desoxidationsmittel in einer Menge von in der Regel 5 bis 50 Gew.- oder Vol.-% der Mischung vorhanden sein.

[0019] Fig. 6 stellt ein Verfahren gemäß der Erfindung dar. In einem solchen Verfahren wird ein Desoxidationsmittel Ca, CaSi, Si, Al oder CaCN2 mit einer Zusatzlegierung gemischt 100, die FeNb, FeV oder FeTi sein kann. Das gemischte Material kann in einem Metallmantel eingehüllt 103 sein, um eine Legierungsabgabevorrichtung bereitzustellen. Danach wird nach dem Herstellen 106 eines Bads einer Metallschmelze wie einer Stahlschmelze die Legierungsabgabevorrichtung in der Metallschmelze bereitgestellt 109. Der Mantel wird geschmolzen gelassen 112 und die gemischte Substanz wird in der Metallschmelze dispergiert. Fig. 6 stellt solch ein Verfahren dar.

[0020] Es wird angenommen, dass durch Mischen einer Verbindung, die die Metallschmelze sowohl desoxidiert als auch mit Stickstoff und Kohlenstoff (z.B. CaCN2) mit oxidierbaren nitrid-und/oder carbidbildenden Pulvern in Fülldrähten anreichert, der Bereich, in dem die Mischung freigesetzt wird, eine Verringerung des Sauerstoffgehalts und eine Anreicherung von Stickstoff und Kohlenstoff aufweisen wird. Daraus resultiert eine verbesserte Wiedergewinnung der Zusatzlegierung, wie oben beschrieben, mit dem Vorteil der Herstellung von mehr Nitriden und/oder Carbiden in dem Endprodukt. In diesem Fall kann die Menge von nitrid-und/oder carbidbildenden Zusatzlegierungen, die in das Schmelzbad eingespritzt werden, verringert und gleichzeitig erreicht werden, dass das Endprodukt von mehr Nitriden und/oder Carbiden profitiert. Auf diese Weise können Produktionskosten verringert und Produkteigenschaften verbessert werden. • ···· · ···· • ••••·· · · • · · · ··· · · · • · · · V *·♦# · • · · · · · · · • t ··· ··· ··· · ·· - 9 -[0021] Wenngleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine oder mehrere bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird man verstehen, dass andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich soll die vorliegende Erfindung nur durch die beiliegenden Ansprüche und eine angemessene Auslegung davon eingeschränkt sein.

Claims (12)

1. ·· • • ···· • ··♦· • • · * • · • • ··· • · · • · • • • · · · · • · • • • • · · ·· ··· ··· ·· · • ·· - 10 - Ansprüche 1. Legierungsabgabevorrichtung, umfassend: mindestens eine Zusatzlegierung; und mindestens ein Desoxidationsmittel, wobei das Desoxidationsmittel mit der Legierung gemischt wird, um eine gemischte Substanz bereitzustellen; und einen länglichen Mantel um die gemischte Substanz.
2. 2. Legierungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Zusatzlegierung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: FeNb, FeV und FeTi.
3. 3. Legierungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Desoxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Ca, CaSi, Si, Al und CaCN2.
4. 4. Legierungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Desoxidationsmittel ein Pulver ist, das aus Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als einem Millimeter besteht.
5. 5. Legierungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Zusatzlegierung aus gemahlenen Pulverteilchen besteht, die einen Durchmesser von weniger als einem Millimeter aufweisen. ·· • ··· ·· · • ···

   «·«· · • · · · • ·· 11 - • · ··· ··· ···
6. 6. Legierungsabgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Desoxidationsmittel in einer Menge von 5 bis 50 % Gew.- oder Vol.-% vorhanden ist.
7. 7. Verfahren zum Bereitstellen einer Zusatzlegierung für eine Metallschmelze, umfassend: Mischen des mindestens einen Desoxidationsmittels mit mindestens einer Zusatzlegierung, um eine gemischte Substanz bereitzustellen; Einhüllen der Mischung des Desoxidationsmittels und der Zusatzlegierung in einen Metallmantel, um eine Legierungsabgabevorrichtung bereitzustellen; Herstellen einer Metallschmelze; Bereitstellen der Legierungsabgabevorrichtung in der Metallschmelze .
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Metallschmelze Stahl ist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das mindestens eine Desoxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Ca, CaSi, Si, Al und CaCN2.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Zusatz- ·· • • ···· • ···· • · • · • • ··· • · ♦ • · • • ··· · • · • • · • · ♦ #· ··· ··· ··· - 12 - legierung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: FeNb, FeV und FeTi.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Schmelzenlassens der Umhüllung umfasst.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Dispergierens der gemischten Substanz umfasst.