Elektrolytische Manganflocken zur Desoxidation bei der Stahlherstellung: Ein praktischer Leitfaden für Schmelzbetriebe

Direkte Antwort: Elektrolytische Manganflockenkann an der Desoxidation von Stahl beteiligt sein und gleichzeitig den Mangangehalt der Stahlschmelze erhöhen. Sie werden jedoch normalerweise nicht als einziges Tiefendesoxidationsmittel verwendet. In den meisten Schmelzbetrieben werden sie zusammen mit Silizium, Aluminium oder anderen desoxidierenden Elementen verwendet. Ihr Hauptwert liegt in der präzisen Mangananpassung mit begrenzten Kohlenstoff-, Silizium-, Phosphor-, Schwefel- und anderen unerwünschten Zusätzen.

Welche Rolle spielen elektrolytische Manganflocken bei der Desoxidation bei der Stahlherstellung?

Nach der Zugabe zu geschmolzenem Stahl erfüllen elektrolytische Manganflocken normalerweise drei Funktionen:

1. Teilnahme an der Desoxidation von geschmolzenem Stahl

2.Einstellung des endgültigen Mangangehalts

3.Änderung der Form, in der Schwefel im Stahl vorliegt

Wie ist elektrolytisches Mangan an der Desoxidation von geschmolzenem Stahl beteiligt?

Nachdem Mangan in die Stahlschmelze gelangt ist, kann es mit gelöstem Sauerstoff reagieren:

Das erzeugte MnO kann in die Schlacke gelangen oder sich mit Oxiden wie SiO₂ und Al₂O₃ verbinden, um komplexe Einschlüsse zu bilden.

Mangan ist jedoch kein stark desoxidierendes Element. Im Vergleich zu Aluminium hat Mangan bei alleiniger Verwendung eine begrenzte Fähigkeit, gelösten Sauerstoff zu reduzieren. Für Stahlsorten, die einen niedrigen Endsauerstoffgehalt erfordern, verwenden Schmelzbetriebe üblicherweise einen der folgenden Ansätze:

• Kombinierte Desoxidation mit Mangan und Silizium
• Tiefendesoxidation mit Aluminium vor der Manganeinstellung
• Abschließendes Manganbeschneiden mit elektrolytischen Manganflocken

Der praktische Wert von elektrolytischen Manganflocken besteht daher darin, dass sie an der Desoxidation teilnehmen und gleichzeitig Mangan gezielt erhöhen, anstatt den gesamten Desoxidationsprozess alleine abzuschließen.

Wie stellen elektrolytische Manganflocken den endgültigen Mn-Gehalt ein?

Mangandas nicht oxidiert wird, löst sich in der Stahlschmelze und erhöht den endgültigen Mn-Gehalt.

Bei der Berechnung der erforderlichen Zugabe sollte die Schmelzerei Folgendes berücksichtigen:

• Aktueller Mn-Gehalt der Stahlschmelze
• Angestrebter Mn-Gehaltsbereich
• Tatsächliche Reinheit der elektrolytischen Manganflocken
• Oxidationsverlust von Mangan
• Historische Mangangewinnung
• Mn wird durch Ferromangan, Silicomangan und Schrott eingeführt
• Weitere Raffinations- und Reoxidationsverluste

Elektrolytische Manganflocken sind besonders nützlich für kleine Zusammensetzungskorrekturen während der LF-Raffinierung oder anderen Phasen, in denen der angestrebte Manganbereich eng ist.

Kann Mangan die Stahlentschwefelung vervollständigen?

Mangan kann die Schlackenentschwefelung nicht ersetzen.

Nach dem Eintritt in geschmolzenen Stahl kann sich Mangan mit Schwefel zu MnS verbinden, wodurch die schädliche Wirkung von FeS mit niedrigem -Schmelzpunkt-auf die Warmarbeitsleistung verringert wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Form von Sulfiden zu ändern, anstatt Schwefel direkt aus geschmolzenem Stahl zu entfernen.

Die tatsächliche Entschwefelung hängt immer noch ab von:

• Basizität der Schlacke
• Oxidationsgrad der Schlacke
• Temperatur des geschmolzenen Stahls
• Rühren von Schlacke und Stahl
• Verfeinerungszeit
• Schlackenvolumen und Kontaktbedingungen zwischen Schlacke und Stahl

Mangan kann dabei helfen, den Schwefel zu kontrollieren und die Leistung bei der Heißbearbeitung zu verbessern, es kann jedoch die Tiefentschwefelung allein nicht durchführen.

Können elektrolytische Manganflocken als einziges Desoxidationsmittel für die Stahlherstellung verwendet werden?

Bei Produktionen, die einen niedrigen Endsauerstoffgehalt erfordern, werden elektrolytische Manganflocken im Allgemeinen nicht als einziges Desoxidationsmittel verwendet.

Zu den Hauptgründen gehören:

• Mangan hat eine schwächere Desoxidationsfähigkeit als Aluminium
• Ein hoher gelöster Sauerstoff führt dazu, dass mehr Mangan zu MnO oxidiert
• Oxidierende Schlacke kann die Manganrückgewinnung weiter verringern
• MnO kann Teil komplexer Einschlüsse werden
• Durch eine anschließende Reoxidation kann der Sauerstoffgehalt wieder ansteigen

Die Art des Desoxidationsmittels, die Zugabereihenfolge, die Zugabeposition und der Schlackenzustand wirken sich alle auf das endgültige Desoxidationsergebnis und die Einschlusszusammensetzung aus.

Warum elektrolytische Manganflocken anstelle von Ferromangan verwenden?

Ferromangan und Silicomangan sind weiterhin für die großflächige Manganzugabe in herkömmlichen Stahlsorten geeignet. Elektrolytische Manganflocken sind besser geeignet, wenn die Aufnahme von Kohlenstoff, Silizium und Verunreinigungen genauer kontrolliert werden muss.

Elektrolytische Manganflocken sind besser geeignet, wenn:

• Der Kohlenstoffgehalt des Stahls sollte nicht wesentlich ansteigen
• Eine übermäßige Siliziumaufnahme sollte vermieden werden
• Phosphor, Schwefel, Selen oder andere Verunreinigungen sind streng begrenzt
• Der endgültige Mn-Bereich ist schmal
• Während der späteren Verfeinerungsphase ist ein Beschneiden der Komposition erforderlich
• Herkömmliches Ferromangan kann die angestrebte chemische Zusammensetzung nicht erreichen

Wenn eine gewöhnliche Stahlsorte nur einen großen Manganzusatz erfordert und die durch Ferromangan eingeführten Elemente verträgt, ist der Ersatz des gesamten Ferromangans durch elektrolytische Manganflocken möglicherweise nicht wirtschaftlich notwendig.

Wann sollten elektrolytische Manganflocken geschmolzenem Stahl zugesetzt werden?

Es gibt keine feste Zugabezeit, die für jedes Stahlwerk gilt. Das tatsächliche Stadium sollte anhand der Stahlsorte, des Sauerstoffgehalts des geschmolzenen Stahls, des Schlackenzustands und der verfügbaren Produktionsausrüstung bestimmt werden.

Zugabe von elektrolytischen Manganflocken während des Abstichs

Während des Abstichs kann der Stahlstrom dabei helfen, die elektrolytischen Manganflocken zu schmelzen und zu verteilen, wodurch diese Stufe für relativ große Mangananpassungen geeignet ist.

Zu den wesentlichen Betriebsrisiken zählen:

• Ein hoher Sauerstoffgehalt in der Stahlschmelze kann den Manganverlust erhöhen
• Eine übermäßige Verschleppung von Konverter- oder Elektroofenschlacke kann eine Manganreoxidation verursachen
• Auf der Schlackenoberfläche landende Flocken können oxidieren, bevor sie in die Stahlschmelze gelangen
• Eine frühe Zugabe erhöht die Kontaktzeit mit oxidierender Schlacke

Daher sollten vor der Zugabe von elektrolytischem Mangan während des Abstichs die Schlackenkontrolle, die Zugabeposition und der anfängliche Sauerstoffgehalt überprüft werden.

Zugabe von elektrolytischen Manganflocken während der LF-Raffinierung

Die LF-Raffination eignet sich in der Regel besser zur präzisen Mn-Einstellung, insbesondere nach Abschluss der vorläufigen Desoxidation.

Zu den Hauptvorteilen gehören:

• Die Zugabemenge kann aus den Probenahmeergebnissen berechnet werden
• Die Sauerstoffaktivität in der Stahlschmelze ist normalerweise geringer als beim frühen Abstich
• Das Rühren mit Argon unterstützt das Schmelzen und Homogenisieren
• Die Manganrückgewinnung lässt sich leichter stabilisieren
• Der endgültige Zusammensetzungsbereich ist einfacher zu kontrollieren

Bevor eine weitere Probe entnommen wird, um die Zusammensetzung zu bestätigen, sollte eine ausreichende Schmelz- und Rührzeit eingehalten werden.

Kleine elektrolytische Manganzusätze vor dem Stranggießen

Bei Stahlsorten mit einem engen endgültigen Mn-Bereich kann vor dem Stranggießen eine kleine Korrektur vorgenommen werden.

Eine zu späte Zugabe kann jedoch Folgendes verursachen:

• Unvollständiges Schmelzen der elektrolytischen Manganflocken
• Lokalisierte hohe Mn-Konzentration
• Unzureichende Homogenisierungszeit
• Nicht repräsentative Stichprobenergebnisse
• Reduzierte Erholung aufgrund der Reoxidation

Je näher die Zugabe am Strangguss liegt, desto sorgfältiger sollten Menge, Rührzeit und Nachkontrollverfahren kontrolliert werden.

Wie wird die erforderliche elektrolytische Manganzugabe berechnet?

Der geplante Zuwachs kann mithilfe einer Massenbilanzberechnung geschätzt werden:

Zum Beispiel:

• Gewicht des geschmolzenen Stahls: 50 Tonnen
• Aktuelles Mn: 0,30 %
• Ziel-Mn: 0,50 %
• Erforderlicher Mn-Anstieg: 0,20 %
• Reinheit des elektrolytischen Mangans: 99,7 %
• Erwartete Manganausbeute: 95 %

Der theoretisch geplante Zuwachs beträgt ca. 106 kg.

Diese Berechnung sollte nicht als feste Addition für jeden Lauf betrachtet werden. Bei tatsächlichen Produktionsanpassungen sollte außerdem Folgendes berücksichtigt werden:

• Anfänglicher Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze
• FeO- und MnO-Gehalte in der Schlacke
• Additionsstufe
• Temperatur des geschmolzenen Stahls
• Rührzeit
• Historische Wiederherstellungsdaten
• Mn wird durch andere Materialien eingeführt
• Anschließende Veredelungszeit

Der angestrebte Mn-Anstieg ist die Differenz zwischen dem Zielwert und dem aktuellen Messwert, nicht der Gesamt-Mn-Gehalt des fertigen Stahls.

Welche Faktoren verringern die elektrolytische Manganrückgewinnung?

Die Manganausbeute ist kein fester Wert. Selbst wenn dieselbe Stahlsorte und dieselbe Elektrolytmangan-Spezifikation verwendet wird, können zwischen den Schmelzen merkliche Schwankungen auftreten.

Wenn die Rückgewinnung hinter den Erwartungen zurückbleibt, sollte die Schmelzerei die Zugabemenge nicht sofort für jede Schmelze erhöhen.

Folgende Punkte sollten zunächst geprüft werden:

• Ob die Schlackenkontrolle stabil ist
• Ob Schlacke-FeO zu hoch ist
• Ob die Flocken tatsächlich in die Stahlschmelze gelangen
• Ob der Zeitpunkt der Hinzufügung angemessen ist
• Ob die Temperatur der Stahlschmelze ausreichend ist
• Ob Rühr- und Homogenisierungszeit ausreichend sind

Wie wirken sich elektrolytische Manganflocken auf Einschlüsse in Stahl aus?

Elektrolytische Manganflocken bilden MnO, wenn sie an der Desoxidation teilnehmen. Sie sollten daher nicht als Material bezeichnet werden, das alle Einschlüsse automatisch reduziert.

Verschiedene Desoxidationssysteme können Folgendes bewirken:

• MnO-Einschlüsse
• MnO-SiO₂-Komplexeinschlüsse
• MnO-SiO₂-Al₂O₃-Komplexeinschlüsse
• Komplexe Einschlüsse im Zusammenhang mit der anschließenden MnS-Ausfällung

Unter kombinierten Mangan-Silizium-Desoxidationsbedingungen kann die Einschlusszusammensetzung durch Steuerung der Mn-, Si-, Al- und Schlackenchemie angepasst werden. Das Endergebnis hängt außerdem ab von:

• Anfänglicher Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze
• Additionssequenz von Mn, Si und Al
• Oberster-Schlackenoxidationsgrad
• Temperatur des geschmolzenen Stahls
• Verfeinerungszeit
• Rührbedingungen
• Ob eine Reoxidation auftritt

Die Leistung der Einschlusskontrolle- sollte nicht nur anhand der Anzahl der Einschlüsse bewertet werden. Folgende Faktoren sollten ebenfalls überprüft werden:

• Einschlusszusammensetzung
• Einschlussgröße
• Einschlussmorphologie
• Verteilung innerhalb des Stahls
• Agglomerationsverhalten
• Gefahr einer Düsenverstopfung
• Auswirkungen auf das Gießen, Walzen und die endgültige Stahlleistung

Welche häufigen Probleme treten bei der Verwendung von elektrolytischen Manganflocken auf?

Warum ist die elektrolytische Manganrückgewinnung geringer als erwartet?

Zu den häufigsten Ursachen gehören ein hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff, eine übermäßige Verschleppung oxidierender Schlacke, auf der Schlackenschicht verbleibende Flocken, ein ungeeigneter Zugabezeitpunkt und eine tatsächliche Ausbeute, die unter dem in der Berechnung verwendeten Wert liegt.

Verbesserungsbemühungen sollten sich auf die Desoxidationspraxis, die Schlackenkontrolle und die Zugabeposition konzentrieren und nicht nur die Zugabemenge erhöhen.

Warum schmelzen elektrolytische Manganflocken nicht vollständig?

Zu den häufigsten Ursachen gehören:

• Niedrige Temperatur der Stahlschmelze
• Übermäßige Einzel-Batch-Zugabe
• Unzureichende Rührintensität
• Zugabeposition weit entfernt von freiliegender Stahlschmelze
• Feuchtigkeitsaufnahme oder Anbacken
• Probenahme zu früh nach der Zugabe

Das Problem lässt sich verringern, indem man das Material in Chargen zugibt, die Zugabeposition verbessert, das effektive Rühren erhöht und eine ausreichende Homogenisierungszeit einräumt.

Warum übersteigt der endgültige Mn-Gehalt den Zielwert?

Mögliche Ursachen sind:

• Der ursprüngliche Mn-Gehalt wurde nicht abgezogen
• Durch Ferromangan, Silicomangan oder Schrott eingeführtes Mn wurde ignoriert
• Das Gewicht des geschmolzenen Stahls wurde falsch geschätzt
• Es wurde ein ungeeigneter erwarteter Erholungswert verwendet
• Die Probenahme erfolgte vor der vollständigen Homogenisierung
• Die Analyseprobe war nicht repräsentativ

Die Berechnungsgrundlage, das Schmelzgewicht und das Probenahmeverfahren sollten überprüft werden, bevor man zu dem Schluss kommt, dass das elektrolytische Manganprodukt die Abweichung verursacht hat.

Welche Verunreinigungen sollten in elektrolytischen Manganflocken überprüft werden?

Beschaffungsspezifikationen sollten nicht nur den Gesamt-Mn-Gehalt untersuchen. Die folgenden Elemente sollten ebenfalls kontrolliert werden:

• Kohlenstoff
• Schwefel
• Phosphor
• Eisen
• Silizium
• Selen

Einige elektrolytische Manganproduktionswege können selenhaltige Zusatzstoffe verwenden. Für selenempfindliche Stahlsorten sollte der maximale Se-Gehalt in der Kaufspezifikation angegeben werden, wobei chargenspezifische Testergebnisse erforderlich sind.

Was sollten Schmelzbetriebe beim Kauf von elektrolytischen Manganflocken beachten?

Der physikalische Zustand der elektrolytischen Manganflocken ist auch für den Schmelzbetrieb wichtig.

Starke Pulverisierung, Feuchtigkeitsaufnahme, Anbackungen oder Verunreinigungen können folgende Auswirkungen haben:

• Automatische Fütterung
• Wägegenauigkeit
• Schmelzgeschwindigkeit
• Zusätzlicher Verlust
• Tatsächliche Manganrückgewinnung

Beschaffungsspezifikationen sollten daher die chemische Zusammensetzung, die Flockenform, den Feinanteil, die feuchtigkeitsbeständige Verpackung und die Chargenidentifizierung bestätigen.

Welche Stahlsorten eignen sich für elektrolytische Manganflocken?

Elektrolytische Manganflocken eignen sich besser für:

• Präzise Einstellung des Mn-Gehalts der Stahlschmelze
• Begrenzung der zusätzlichen Kohlenstoff- und Siliziumaufnahme
• Strenge Kontrolle von Phosphor, Schwefel, Selen und anderen Verunreinigungen
• Kleinere Kompositionskorrekturen bei späterer Verfeinerung
• Herstellung von kohlenstoffarmem Stahl, siliziumarmem Stahl, Edelstahl oder Speziallegierungsstahl
• Stahlsorten, bei denen herkömmliches Ferromangan das angestrebte Zusammensetzungsfenster nicht erreichen kann

Elektrolytische Manganflocken sind möglicherweise nicht die bevorzugte Option, wenn:

• Gewöhnliche Stahlsorten erfordern einen hohen Manganzusatz
• Der Stahl verträgt den durch Ferromangan eingebrachten Kohlenstoff und Eisen
• Das Hauptziel ist das kostengünstige-konventionelle Legieren
• Desoxidation, Schlackenkontrolle und Rückgewinnungskontrolle sind nicht stabil
• Die Hauptanforderung ist die konventionelle Mangan-Silizium-Desoxidation

Die Auswahl sollte auf den Anforderungen an die Stahlqualität, den effektiven Mangankosten, der tatsächlichen Ausbeute und der Schwierigkeit der endgültigen Kontrolle der Zusammensetzung basieren.

Wie können Schmelzbetriebe die elektrolytische Manganleistung stabilisieren?

Schmelzbetriebe sollten nicht für jede Stahlsorte und jede Zugabestufe einen empirischen Ausbeutewert verwenden.

Ein zuverlässigerer Ansatz besteht darin, für jeden Lauf die folgenden Daten aufzuzeichnen:

• Gewicht aus geschmolzenem Stahl
• Anfänglicher Mn-Gehalt
• Angestrebter Mn-Gehalt
• Tatsächliche elektrolytische Manganzugabe
• Additionsstufe
• Temperatur des geschmolzenen Stahls
• Rührzeit
• Schlacke FeO oder ein anderer Oxidationsindikator
• Probenahmezeit nach Zugabe
• Endgültiger Mn-Gehalt
• Tatsächliche Manganrückgewinnung

Nach dem Sammeln von Daten aus mehreren Läufen können separate Wiederherstellungsmodelle erstellt werden für:

• Tippen Sie auf-Bühnenergänzungen
• LF-verfeinernde Ergänzungen
• Endbeschnitt vor dem Stranggießen
• Verschiedene Stahlsorten
• Verschiedene elektrolytische Mangan-Lieferchargen

Dieser Ansatz ist effektiver zur Reduzierung von Schwankungen der Wärmezusammensetzung-zu-, als einfach die Zugabemenge zu erhöhen.