**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum chemischen Aufheizen einer Stahlschmelze, die zuvor durch Frischen auf einen bestimmten Kohlenstoff-Gehalt gebracht und der zur Erreichung einer gewünschten Endtemperatur nachfolgend ein stark exotherm reagierendes Mittel zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel in einer grösseren als für die Erreichung der Endtemperatur benötigten Menge zugegeben und dass ein Gas-Sauerstoff-Gemisch der Schmelze zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel Aluminium zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überschuss an Aluminium 2 kg pro Tonne Schmelze beträgt.
4. Verfahren nach einem der beiden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze gleichzeitig eine Siliciummenge zugegeben wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einem Argon-Oxygen-Decarburisation (AOD)-Konverter, in der Stahlgiesserei.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen Aufheizen einer Stahlschmelze, die zuvor durch Frischen auf einen bestimmten Kohlenstoff-Gehalt gebracht und der zur Erreichung der gewünschten Endtemperatur nachfolgend ein stark exotherm reagierendes Mittel zugesetzt wird. Verfahren nach dem Oberbegriff sind wenigstens aus betriebseigenen Versuchen bekannt.
Unter Frischen wird bekanntlich eine Behandlung einer flüssigen Eisenschmelze verstanden, bei der gasförmiger Sauerstoff, Luft oder ein Gemisch von Sauerstoff mit einem Gas ein- oder aufgeblasen wird, mit dem Zweck, den Kohlenstoff-Gehalt herabzusetzen. Die Reaktion mit dem Kohlenstoff verläuft schwach exotherm, die Temperatur der Schmelze steigt aber dadurch nur geringfügig oder überhaupt nicht an, da durch die Abstrahlung an die Umgebung etwa gleich viel Wärme abgeführt wird. Um aber die Temperatur der Schmelze in einem metallurgischen Behandlungsgefäss, das ein Konverter (Kaldo, Bessemer, LD, AOD, OBM, CLU usw.), ein Vakuumbehandlungsgefäss oder ein Lichtbogenofen sein kann, auf die gewünschte Endtemperatur zu bringen, werden oft stark exotherm reagierende Stoffe in die Schmelze gebracht, z.B. Ferrolegierungen, Silicium, Aluminium.
Dieses Einbringen von exotherm reagierenden Mitteln zusammen mit der benötigten Menge Sauerstoff kann als chemisches Aufheizen bezeichnet werden. Eine chemische statt einer elektrischen Aufheizung im Lichtbogenofen kann dann mit Vorteil ins Auge gefasst werden, wenn auf eine bedeutend kürzere Aufheizzeit Wert gelegt wird oder wenn der Elektrizitätsverbrauch im Werk seiner zulässigen Spitze entgegengeht.
Es wurden bei diesen Aufheizverfahren vielfach vulkanartige Ausbrüche mit einem Sprühregen beobachtet, die bis anhin einfach in Kauf genommen wurden und die vielerorts als Siedeverzug bezeichnet werden. Besonders beim Lichtbogenofen geht dieses Phänomen mit heftigen Auswürfen einher. Dies stellt eine Gefährdung des Bedienungspersonals dar, kann Umwelt- und Sachschäden verursachen und bringt einen Material(Schmelze)verlust mit sich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier auf einfache und wirtschaftliche Weise Abhilfe zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnende Lehre des Anspruches 1. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Versuche gemäss der Erfindung haben gezeigt, dass keine vulkanartigen Ausbrüche und Auswürfe mehr auftraten. Von den in Frage kommenden stark exotherm reagierenden Mitteln wird mit Vorteil Aluminium gewählt, weil dadurch eine tonerdehaltige Schlacke entsteht, die für eine nachfolgende Entschwefelung besonders günstig ist.
Die Erklärung, warum die erfindungsgemässe Lehre zum Erfolg, d.h. zur Lösung der gestellten Aufgabe führt, stützt sich auf folgende These: Durch Berechnung wird diejenige Menge Aluminium ermittelt, die für die Erreichung der gewünschten Endtemperatur der Schmelze benötigt wird.
Solche Berechnungen können bekanntlich nur annäherungsweise erfolgen. Dabei kann es vorkommen, dass gerade bei der Erreichung der Endtemperatur, wo das Sauerstoffblasen abgestellt wird, das Aluminium und/oder Silicium aufgebracht ist.
In diesem Temperaturbereich ist die Affinität von Kohlenstoff zu Sauerstoff grösser als die Affinität von Mangan, Chrom und Eisen zu Sauerstoff. Wird nun weiter mit Sauerstoff geblasen, nachdem das Aluminium und/oder Silicium verbraucht sind, so verbrennt der Kohlenstoff unter heftiger Kohlenstoffmonoxidbildung. Gleichzeitig können die bei niedrigerer Temperatur gebildeten Mangan-, Chrom- und teilweise Eisenoxide mit dem Kohlenstoff in der Schmelze reagieren, wobei ebenfalls Kohlenstoffmonoxid gebildet wird. Beides führt zu den erwähnten Ausbrüchen, wobei das gasförmige Kohlenstoffmonoxid die Schlackenschicht explosionsartig auseinanderreisst.
Bei einem Überschuss an Aufheizmittel wie Silicium oder Aluminium in der auf Endtemperatur gebrachten Schmelze wird die Reaktion mit dem Kohlenstoff verhindert, so dass die Ausbrüche usw. ausbleiben. Ausserdem wird vermieden, dass der Kohlenstoff-Gehalt sich unkontrolliert verringert.
Nachfolgend wird anhand eines Beispiels die Erfindung näher erläutert.
Es gilt, eine niedrig legierte Schmelze mit den Sollwerten von 0,15% C und 0,4% Si bei 16500C zu vergiessen. Eine Charge eines Lichtbogenofens mit der Analyse: 0,4% C - 0,4% Si - 0% Al - 0,5% Mn - 2,3% Cr wird dazu bei 1450"C gefrischt bis zum gewünschten Kohlenstoff-Gehalt. Die Analyse nach dem Frischen (d.h. nach dem Verblasen der berechneten Sauerstoffmenge) beträgt: 0,15% C - 0% Si - 0% Al - 0,35% Mn - 2,1% Cr Die Temperatur nach dem Frischvorgang beträgt 15500C, was darauf zurückzuführen ist, dass der Kohlenstoff teilweise, dagegen das Silicium völlig oxdiert worden ist. Die Elemente Mangan und Chrom sind geringfügig oxidiert worden. Das Kohlenmonoxid entweicht aus der Schmelze.
Das gebildete SiO2 steigt zur Oberfläche.
Nach der Zugabe von Aluminium, aber noch vor dem Blasen, zeigt die Analyse folgende Werte: 0,15% C - 0,4% Si - 0,4% Al - 0,5% Mn - 2,3% Cr Es zeigt sich jetzt, dass das gesamte SiO2 vom Aluminium wieder reduziert worden ist, da Aluminium eine grössere Affinität zu Sauerstoff hat als Silicium. Auch die Oxide von Mn und Cr sind reduziert worden.
Ein erneutes Blasen leitet die Aufheizperiode ein. Dabei wird zuerst das Aluminium und sofern keines (mehr) vorhanden ist das Si oxidiert, wobei noch freies Si oder ein Überschuss an Silicium in der Schmelze ist, wenn bei der Endtemperatur von 17100C mit dem Blasen aufgehört wird. Durch Warten auf die Analyse, durch eine Entschwefelung oder
ähnliche Vorgänge tritt ein Temperaturverlust von 600C auf.
Die Analyse ist wie folgt: 0,15% C - 0,1% Si - 0% Al - 0,45% Mn - 2,25% Cr In geringem Masse werden also auch Mn und Cr oxidiert.
Wenn die Schmelze zuwenig oder nur die für die Erreichung der Endtemperatur benötigte Menge an Aluminium enthalten hätte, hätte man schlussendlich 0% Si statt eines Überschusses von 0,1% Si gehabt, und ein Ausbruch wäre dann möglich.
Es wurde gefunden, dass ein Überschuss von 2 Kilogramm Aluminium pro Tonne Schmelze ausreicht, um mit Sicherheit die unerwünschten Erscheinungen zu verhindern.
Um den gewünschten Si-Sollwert schnell und zuverlässig zu erreichen, so dass die Schmelze bei der Endtemperatur rasch in eine Transportpfanne umgegossen werden kann, ist es vorteilhaft, gleichzeitig mit dem Aluminium, der Schmelze auch eine geeignete zum Legieren erforderliche Si-Menge zuzugeben. In diesem Falle würde sich die folgende Analyse ergeben: 0,15% C - 0,4% Si - 0% Al - 0,45% Mn - 2,25% Cr Der Aufheizvorgang ist für einen Lichtbogenofen beschrieben worden, er kann aber auch in einem geeigneten Konverter stattfinden. In den Fällen, in welchen ein metallurgisches Behandlungsverfahren (AOD usw.) in Stahlgiessereien angewendet wird, wo im Vergleich zu Stahlwerken wesentlich höhere Giesstemperaturen erforderlich sind, ist das o.g. Aufheizverfahren unumgänglich.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. A process for the chemical heating of a molten steel, which has previously been brought to a certain carbon content by means of refining and to which a strongly exothermic agent is subsequently added in order to achieve a desired final temperature, characterized in that the agent is in a larger amount than for achieving the Final temperature required amount added and that a gas-oxygen mixture is fed to the melt.
2. The method according to claim 1, characterized in that aluminum is added as a means.
3. The method according to claim 2, characterized in that the excess of aluminum is 2 kg per ton of melt.
4. The method according to any one of the claims 2 or 3, characterized in that a quantity of silicon is added to the melt at the same time.
5. Application of the method according to claim 1 in an argon oxygen decarburization (AOD) converter, in the steel foundry.
The invention relates to a process for the chemical heating of a molten steel, which has previously been brought to a certain carbon content by means of refining and to which a strongly exothermic agent is subsequently added in order to achieve the desired final temperature. Methods according to the preamble are known at least from in-house tests.
As is known, freshening is understood to mean a treatment of a liquid iron melt in which gaseous oxygen, air or a mixture of oxygen with a gas is blown in or out with the purpose of reducing the carbon content. The reaction with the carbon is weakly exothermic, but the temperature of the melt rises only slightly or not at all as a result, since about the same amount of heat is dissipated to the environment. However, to bring the temperature of the melt to the desired final temperature in a metallurgical treatment vessel, which can be a converter (Kaldo, Bessemer, LD, AOD, OBM, CLU, etc.), a strongly exothermic reaction Substances brought into the melt, e.g. Ferroalloys, silicon, aluminum.
This introduction of exothermic agents together with the required amount of oxygen can be referred to as chemical heating. A chemical heating instead of an electric heating in the electric arc furnace can be considered with advantage if a much shorter heating time is important or if the electricity consumption in the factory approaches its permissible peak.
In these heating processes, volcanic eruptions with a drizzle have been observed in many cases, which have so far simply been accepted and which are referred to in many places as delayed boiling. In the case of the arc furnace in particular, this phenomenon is accompanied by violent ejection. This poses a danger to the operating personnel, can cause damage to the environment and property, and results in material (melt) loss.
It is an object of the present invention to remedy this in a simple and economical manner. According to the invention, this object is achieved by the characterizing teaching of claim 1. Further advantageous developments emerge from the subclaims.
Experiments according to the invention have shown that volcanic eruptions and ejections no longer occurred. Aluminum is advantageously chosen from the highly exothermic reactants in question, because this creates an alumina-containing slag which is particularly favorable for subsequent desulfurization.
The explanation why the teaching according to the invention to success, i. leads to the solution of the task based on the following thesis: The amount of aluminum which is required to achieve the desired final temperature of the melt is determined by calculation.
As is well known, such calculations can only be made approximately. It can happen that when the end temperature is reached, where the oxygen blowing is stopped, the aluminum and / or silicon is applied.
In this temperature range, the affinity of carbon to oxygen is greater than the affinity of manganese, chromium and iron to oxygen. If you continue to blow with oxygen after the aluminum and / or silicon have been consumed, the carbon burns with violent formation of carbon monoxide. At the same time, the manganese, chromium and partially iron oxides formed at a lower temperature can react with the carbon in the melt, with carbon monoxide also being formed. Both lead to the outbreaks mentioned, the gaseous carbon monoxide explosively tearing apart the slag layer.
If there is an excess of heating agent such as silicon or aluminum in the melt brought to the final temperature, the reaction with the carbon is prevented, so that the breakouts etc. do not occur. In addition, it is avoided that the carbon content is reduced in an uncontrolled manner.
The invention is explained in more detail below using an example.
It is important to cast a low-alloy melt with the target values of 0.15% C and 0.4% Si at 16500C. A batch of an arc furnace with the analysis: 0.4% C - 0.4% Si - 0% Al - 0.5% Mn - 2.3% Cr is freshly refined at 1450 "C to the desired carbon content Analysis after freshening (ie after blowing the calculated amount of oxygen) is: 0.15% C - 0% Si - 0% Al - 0.35% Mn - 2.1% Cr The temperature after the freshening process is 15500C, which indicates The reason for this is that the carbon has been partially oxidized, whereas the silicon has been completely oxidized. The elements manganese and chromium have been slightly oxidized. The carbon monoxide escapes from the melt.
The SiO2 formed rises to the surface.
After adding aluminum, but before blowing, the analysis shows the following values: 0.15% C - 0.4% Si - 0.4% Al - 0.5% Mn - 2.3% Cr It shows now that all SiO2 has been reduced from aluminum again, since aluminum has a greater affinity for oxygen than silicon. The oxides of Mn and Cr have also been reduced.
A renewed blowing starts the heating up period. The aluminum is first oxidized and if there is no (anymore) the Si oxidized, whereby there is still free Si or an excess of silicon in the melt when the blowing is stopped at the final temperature of 17100C. By waiting for the analysis, by desulfurization or
similar processes, a temperature loss of 600C occurs.
The analysis is as follows: 0.15% C - 0.1% Si - 0% Al - 0.45% Mn - 2.25% Cr So Mn and Cr are also oxidized to a small extent.
If the melt contained too little or only the amount of aluminum required to reach the final temperature, the end result would have been 0% Si instead of an excess of 0.1% Si, and an outbreak would then be possible.
It has been found that an excess of 2 kilograms of aluminum per ton of melt is sufficient to certainly prevent the undesirable phenomena.
In order to achieve the desired Si setpoint quickly and reliably, so that the melt can be quickly poured into a transport pan at the final temperature, it is advantageous to add a suitable amount of Si required for alloying to the melt at the same time as the aluminum. In this case the following analysis would result: 0.15% C - 0.4% Si - 0% Al - 0.45% Mn - 2.25% Cr The heating process has been described for an electric arc furnace, but it can also take place in a suitable converter. In cases in which a metallurgical treatment process (AOD etc.) is used in steel foundries, where significantly higher casting temperatures are required compared to steelworks, this is the above. Heating process inevitable.