Stahlverarbeitung und -herstellung
1. das Bessemer-Verfahren
Eine von einem englischen Ingenieur in der Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelte saure Ofenauskleidung. Jahrhunderts entwickelte Bessemer-Verfahren ermöglicht das Umschmelzen von siliziumreichem Roheisen mit minimalem Phosphor- und Schwefelgehalt. Die Auskleidung des Bessemer-Konverters ist säurehaltig — ein Quarzstein. Roheisen (0,7−1,2% Si) wird bei 1250−1300 °C in den Konverter gegossen und mit Luft durchgeblasen. Dabei werden Silizium, Kohlenstoff und Mangan oxidiert und die Oxide bilden eine saure Schlacke. Danach ist der Strahlprozess beendet. Der Stahl wird in eine Pfanne gegossen, wobei er gleichzeitig desoxidiert wird. Da die Schlacke sauer ist, werden Schwefel und Phosphor nicht entfernt.
2. das thomas-verfahren
Das Thomas-Verfahren wurde von Thomas Ende des 19. Jahrhunderts für die Verarbeitung von mit Phosphor angereichertem Gusseisen entwickelt. Die Innenauskleidung des Thomas-Konverters ist die des Basiskonverters (Teersand). Am Konvertermantel ist von unten ein Luftkasten angebracht. Die Luft wird durch Lanzen (Düsen) in den Konverter geblasen. Zur Bildung der basischen Schlacke wird Kalk in den Konverter geladen. Anschließend wird Roheisen (0,3 — 0,5%Si, 1,6 — 2,0%P; <0,08%S;) eingegossen, auf 1250°C erhitzt und mit Luft angeblasen. Dabei werden Silizium, Kohlenstoff und Mangan oxidiert und Schwefel und Phosphor aus der entstehenden Schlacke entfernt. Das Abblasen ist abgeschlossen, wenn der Phosphorgehalt des Metalls um den Faktor 30 gesunken ist.
Nachteile
Die beiden Verfahren haben einen gemeinsamen Nachteil — die Sättigung des Stahls mit Stickstoff, der beim Abblasen des Metalls aus der Luft in die Schmelze gelangt. Daher sind sowohl Tomasov- als auch Bessemer-Stahl spröder und neigen zur Alterung. Daher wurden diese Verfahren inzwischen durch das Sauerstoffkonverterschmelzen mit oberer und unterer Blasbeschickung abgelöst.
3. Sauerstoffkonverter
Es wird ein einfacher, ausgekleideter Konverter mit einer Sauerstofflanze durch eine wassergekühlte Lanze verwendet. Wird eine Sauerstoffzufuhr von oben verwendet. Es werden folgende Einsatzstoffe verwendet:
- geschmolzenes Roheisen;
- Metallschrott;
- schlackenbildende Materialien (Kalk, Feldspat, Eisenerz, Bauxit).
Vor dem Einschmelzen wird der Schrott in die Pfanne des Konverters geladen und das auf 1300−1400 °C erhitzte Roheisen hineingeschüttet. Anschließend wird eine wassergekühlte Pfanne in die Pfanne eingeführt, durch die Sauerstoff eingeblasen wird. Zu Beginn des Einblasens werden Kalk, Bauxit und Eisenerz in die Pfanne geschüttet. Der Sauerstoff zirkuliert und vermischt das Metall mit der Schlacke und oxidiert Mangan, Silizium und Kohlenstoff. Durch die intensive Oxidation erhitzt sich das Gemisch. Phosphor wird durch FeO und CaO gebunden. Bei einem Phosphorgehalt von mehr als 0,15% wird die Schlacke ausgekippt und neue Schlacke zugeführt, um den Phosphor zu entfernen. Die Entfernung von Schwefel aus der Schlacke erfolgt während des gesamten Schmelzprozesses. Die Sauerstoffzufuhr wird beendet, wenn der Kohlenstoffgehalt des Metalls den Vorgaben entspricht. Danach werden die Desoxidationsmittel und Legierungszusätze in die Pfanne gegeben. Die Schmelzzeit in einem Konverter mit einer Kapazität von 50 bis 350 Tonnen beträgt weniger als eine Stunde.
4. Schmelzen in einem bodengeblasenen Konverter.
Stahlschrott wird in den Konverter geladen und flüssiges Eisen hineingegossen. Während des Gießens liegt der Konverter fast waagerecht, damit das flüssige Eisen nicht die Lanze überflutet, durch die zu diesem Zeitpunkt Stickstoff oder Luft, pulverförmiger Kalk, manchmal unter Zugabe von Schmelzspat, geblasen wird. Dann wird der Sauerstoff eingeschaltet und der Konverter in eine aufrechte Position gebracht. Durch das Abblasen werden die Kieselsäure, der Kohlenstoff und das Mangan oxidiert. Es bildet sich eine Schlacke, in die Phosphor und Schwefel übergehen. Die Abschlämmung ist bei dem festgelegten Kohlenstoffgehalt des Metalls abgeschlossen. Der Entkohlungsprozess wird durch Umwälzung des Bades und eine vollständigere Aufnahme von Sauerstoff intensiviert.
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