Fast jede Tonne Stahl durchläuft eine Pfanne oder einen Konverter, in dem mindestens eine Ferrolegierung hinzugefügt wurde. Eine Ferrolegierung ist eine Vorlegierung, in der Eisen ein oder mehrere Elemente trägt, die eine hohe Affinität zu Sauerstoff, Schwefel oder Kohlenstoff haben oder als Legierungselemente im fertigen Stahl benötigt werden. Ferrosilicium, Ferromangan und Ferrochrom sind die höchsten -Volumengehalte; Ferromolybdän, Ferrovanadium, Ferrotungsten, Ferrotitan und Ferroniob werden in kleineren Mengen zugesetzt, entscheiden aber oft über die Eigenschaften des Endprodukts.
Warum Ferrolegierungen anstelle reiner Metalle verwendet werden
Reines Mangan, Chrom oder Vanadium schmilzt bei sehr hohen Temperaturen oder lässt sich nur schwer in flüssigem Stahl lösen. Legiert man sie mit Eisen, erhält man eine Vorlegierung mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, einer nützlichen Dichteanpassung an Stahl und einem vorhersagbaren Auflösungsverhalten. Ferrolegierungen reduzieren außerdem die Kosten pro Einheit Legierungselement und machen die Kontrolle der Zugabe in der Pfanne im industriellen Maßstab praktisch. Die meisten Qualitäten werden in definierten Größenbereichen geliefert, typischerweise in Klumpen von 10–50 mm oder 10–100 mm, wobei Feinanteile und Staub auf ein zulässiges Maximum beschränkt werden.
Rolle eins: Legierungszusätze
Die bekannteste Funktion ist das Legieren. Elemente werden entsprechend der Stahlzusammensetzungsspezifikation eingeführt, um die erforderliche Kombination aus Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Leistung bei erhöhten Temperaturen zu entwickeln. Typische Beispiele sind Chrom aus Ferrochrom mit hohem oder niedrigem Kohlenstoffgehalt für rostfreie und hitzebeständige Qualitäten, Mangan aus Ferromangan für Baustähle, Molybdän aus Ferromolybdän für Kriech- und Anlassfestigkeit, Vanadium aus Ferrovanadium zur Kornverfeinerung und Ausscheidungsverstärkung in hochfesten niedriglegierten Stählen und Wolfram aus Ferrotungsten für Werkzeug- und Schnellarbeitsstähle.
Der Zeitpunkt der Zugabe hängt vom Element ab. Elemente mit einer hohen Affinität zu Sauerstoff werden spät in der Pfanne oder beim Abstich hinzugefügt, während tolerantere Elemente im Ofen hinzugefügt werden können. Ziel ist es stets, das Zusammensetzungsfenster mit möglichst geringem Verbrauch der Vorlegierung zu erreichen.
Rolle zwei: Desoxidationsmittel und Entschwefelungsmittel
Bei der Stahlherstellung muss gelöster Sauerstoff vor dem Gießen entfernt werden, um Lunker, Oxideinschlüsse und eine schlechte Oberflächenqualität zu verhindern. Ferrosilizium-, Ferromangan- und kalziumhaltige Vorlegierungen reagieren mit gelöstem Sauerstoff und entfernen ihn als Schlacke unter Bildung von Oxid. Ferromangan geht noch einen Schritt weiter: Das durch die Auflösung entstehende Mangan verbindet sich mit Schwefel zu Mangansulfid, das Schwefel aus der Lösung entfernt und die Heißbrüchigkeit verringert. Calcium-Silizium-Vorlegierungen werden zur Kontrolle der Einschlussform verwendet und wandeln harte, eckige Oxideinschlüsse in weichere kugelförmige um, die die Zähigkeit und Bearbeitbarkeit verbessern.
Desoxidation: Ferrosilicium-, Ferromangan- und Calcium-Silicium-Vorlegierungen, hinzugefügt vor oder während des Gewindeschneidens.
Entschwefelung: manganhaltige Qualitäten, unterstützt durch grundlegende Schlackenpraxis in der Pfanne.
Einschlussmodifikation: kalziumhaltige Vorlegierungen, hinzugefügt nach primärer Desoxidation.
Rolle drei: Impfstoffe und Strukturkontrolle
Die Impfung ist die am wenigsten sichtbare, aber häufig wertvollste Funktion. Bei Gusseisen wird der Eisenschmelze unmittelbar vor dem Gießen ein Impfmittel auf Ferrosiliciumbasis zugesetzt, sodass der Graphit als feine, gleichmäßig verteilte Flocken oder Knötchen statt grober oder gekühlter Strukturen keimt. Das Ergebnis ist eine bessere Bearbeitbarkeit, eine gleichmäßigere Härte und weniger harte Stellen im Guss. Bei der Stahlherstellung verfeinern entsprechende Zusätze die Kornstruktur im Gusszustand und verringern die Entmischung während der Erstarrung.
Impfmittel hängen von der richtigen Größensortierung und dem richtigen Zeitpunkt ab. Bei zu früher Zugabe lösen sich die keimbildenden Partikel auf und die Wirkung geht verloren; Wenn sie kaltem Metall zugesetzt werden, können sie sich nicht gleichmäßig verteilen.
Rolle vier: Reduktionsmittel und nicht-Stahlanwendungen
Ferrolegierungen werden auch außerhalb der Stahlverhüttung verbraucht. Ferrosilizium ist das klassische Reduktionsmittel in der metallothermischen Produktion: Es wird zur Reduktion von kalziniertem Dolomit bei der silikothermischen Produktion von Magnesium verwendet und fungiert als Reduktionsmittel bei der Herstellung anderer Ferrolegierungen und einiger Nichteisenmetalle. Aluminium-haltige und silizium-haltige Vorlegierungen dienen ähnlichen Zwecken, wenn eine stark reduzierende Umgebung erforderlich ist. Kleinere Mengen gehen an die chemische Industrie, an die Herstellung von Schweißzusätzen und an die Produktion von Nichteisenlegierungen.
Gemeinsame Noten und ihre Funktionen
| Ferrolegierung | Typisches Hauptelement | Primäre Funktion |
|---|---|---|
| Ferrosilicium | 72-80 % Si | Desoxidationsmittel, Reduktionsmittel, Impfmittel |
| Ferromangan mit hohem -Kohlenstoffgehalt | 76–82 % Mn, 6–8 % C | Desoxidationsmittel, Entschwefelungsmittel, Legieren |
| Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt | 60–70 % Cr, 6–8 % C | Legieren für rostfreie und hitzebeständige Stähle |
| Ferromolybdän | 55-65 % Mo | Legieren für Kriech- und Anlassfestigkeit |
| Ferrovanadium | 50-80 % V | Kornverfeinerung und -verfestigung in HSLA-Stählen |
| Ferrotitan | 30 % oder 70 % Ti | Desoxidation, Kornverfeinerung, stabilisierende Zusätze |
| Eisenwolfram | 70-80 % W | Legieren für Werkzeug- und Schnellarbeitsstähle |
Die angegebenen Bereiche unterscheiden sich je nach Güteklasse und Lieferantenspezifikation, daher muss jede Charge auf der Grundlage des Analysezertifikats und der erforderlichen Rückgewinnungsrate und nicht nur anhand der Tabelle hinzugefügt werden.
Additionspraxis und Wiederherstellung
Das falsche Hinzufügen der richtigen Legierung verschwendet sowohl Material als auch Ofenzeit. Es gelten drei praktische Regeln. Bemessen Sie zunächst die Addition zum Wärmegewicht und die erforderliche Analyse unter Berücksichtigung der Rückgewinnungsrate des Elements in der spezifischen Praxis. Zweitens sollten die sauerstoffempfindlichsten Elemente so spät wie möglich hinzugefügt werden, nachdem die Desoxidation abgeschlossen ist, da sonst reaktive Elemente an die Schlacke und an die Atmosphäre verloren gehen. Drittens rühren Sie die Pfanne ausreichend um, um eine vollständige Auflösung zu erreichen, ohne die Schmelze einer unnötigen Reoxidation auszusetzen, und bestätigen Sie die endgültige Analyse anhand einer nach dem Rühren entnommenen Probe.
Häufig gestellte Fragen
F: Was ist der Hauptzweck der Zugabe von Ferrolegierungen zu Stahl?
Sie führen Legierungselemente ein, entfernen gelösten Sauerstoff und Schwefel, kontrollieren die Form von Einschlüssen, verfeinern die Gussstruktur und dienen als Reduktionsmittel in anderen metallurgischen Prozessen.
F: Welche Ferrolegierung ist das Standard-Desoxidationsmittel?
Ferrosilicium und Ferromangan sind die Desoxidationsmittel mit dem höchsten{0}Volumen, üblicherweise unterstützt durch Zusätze von Calcium-Silicium oder Aluminium, wenn die Einschlusskontrolle entscheidend ist.
F: Wie verbessert Ferromangan die Stahlqualität?
Mangan desoxidiert die Schmelze und verbindet sich mit Schwefel zu Mangansulfid, wodurch das Risiko von Heißrissen beim Walzen und Schmieden verringert wird.
F: Was ist eine Impfung und warum ist sie bei Gusseisen wichtig?
Dabei wird unmittelbar vor dem Gießen eine Vorlegierung auf Ferrosiliciumbasis hinzugefügt, sodass der Graphit fein und gleichmäßig keimt, was zu einer gleichmäßigen Härte und einer besseren Bearbeitbarkeit führt.
F: Warum nicht reines Chrom oder Vanadium anstelle einer Ferrolegierung hinzufügen?
Ferrolegierungen schmelzen leichter, lösen sich vorhersehbar in flüssigem Stahl auf, passen sich besser an die Dichte des Bades an und kosten weniger pro Einheit Legierungselement.
F: Wann sollten sauerstoffempfindliche-Zusätze vorgenommen werden?
Nach der primären Desoxidation, in der Pfanne oder beim Abstich, damit das reaktive Element nicht durch Schlacke und Luftsauerstoff verbraucht wird, bevor es den Stahl erreicht.
