BR102012017489B1

BR102012017489B1 - Método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo

Info

Publication number: BR102012017489B1
Application number: BR102012017489-8A
Authority: BR
Inventors: Hideki Yokoyama
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2022-05-24
Also published as: CN103305655B; KR101366977B1; BR102012017489A2; CN103305655A; TW201336999A; TWI515301B; KR20130103275A

Abstract

MÉTODO PARA FABRICAR UM AÇO DE ULTRABAIXO CARBONO POR TÉCNICAS DE LINGOTE UTILIZANDO UM SISTEMA DE DESGASEIFICAÇÃO A VÁCUO. Um objeto da presente invenção e tornar possível vantajosamente encurtar o tenpo de processamento de desgaseificação a vácuo, sem causar uma falha de descarburização e/ou diminuir em pureza o aço fundido, adequadamente aumentando a temperatura do aço fundido dentro de uma câmera de desgaseificação adicionando um agente de geração de calor a esta, enquanto o gás oxigênio está sendo introduzido na câmara de desgaseificação, durante o processo de descarburização na fabricação de aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo. Especificamente, a presente invenção provê um método fara fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, que compreende executar um processo de descarburização do aço fundido dentro de uma câmara de desgaseificação a vácuo, caracterizado pelo fato de que o processo de descarburização ainda compreende: adicionar uma quantidade de oxigênio requerida para a combustão de um agente de geração de calor a ser adicionada para aquecer o aço fundido; adicionar o agente de geração de calor ou durante ou após a dita adição adicional (...).

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo. Especificamente a presente invenção refere-se a um método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, no qual o tempo de processamento de desgaseificação a vácuo é encurtado com sucesso aquecendo o aço fundido durante o processo de descarburização no tratamento de desgaseificação a vácuo.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[002] A produção de aço de ultrabaixo carbono que tem uma concentração de carbono reduzida [C] em aço tem crescido rapidamente em anos recentes para atender uma demanda para uma melhor formabilidade em repuxo profundo ou similar de uma chapa de aço. A produção de tal aço de ultrabaixo carbono como acima descrito por técnicas de lingote é conseguida coletando o aço fundido o qual não foi desoxidado ainda de um conversor e tratando a vácuo o aço fundido por desgaseificação a vácuo para efetuar a reação de descarburi- zação do aço fundido. É necessário neste aspecto que tanto uma pureza suficientemente alta quanto uma temperatura suficientemente alta do aço fundido sejam asseguradas quando a desgaseificação a vácuo é completada, em termos de controle de qualidade.

[003] Uma temperatura suficientemente alta de aço fundido é requerida no completamento do tratamento de desgaseificação como acima descrito. No entanto, existe também uma demanda para uma boa proteção de materiais refratários de um conversor em termos de manutenção de operação satisfatória. Portanto, é vantajoso aquecer o aço fundido durante o tratamento de desgaseificação por algum meio de modo que a temperatura do aço fundido quando o aço fundido é coletado de um conversor seja mantida baixa o suficiente para evitar com segurança quaisquer danos sobre os materiais refratários do conversor. Neste aspecto, aquecer o aço fundido prolongando o tempo de processamento de desgaseificação não é uma opção favorável porque tal prolongação de tempo de processamento leva a uma queda em produtividade.

[004] Exemplos do meio convencional para aquecer o aço fundido durante o processo de desgaseificação a vácuo incluem: um método para introduzir gás oxigênio em aço fundido em uma câmara de desgaseificação a vácuo através de tubos de introdução de gás oxigênio imersos no aço fundido e adicionando um agente de geração de calor ao aço fundido para aquecer o aço fundido (por exemplo, JP-A 53-081416 e JP-A 53-081417); e um método para suprimir o suprimento de oxigênio durante o processo de descarburização para 0,3 Nm3/t ou menos e compensar a temperatura relativamente baixa resultante do aço fundido no completamento do processo de descarburização pela combustão de alumínio durante o tratamento de desoxidação do aço fundido para aumentar a temperatura do aço fundido (JP-A 03193815).

[005] No entanto, no caso onde o gás oxigênio é introduzido no aço fundido através de tubos de introdução de gás oxigênio imersos no aço fundido, o potencial de oxigênio livre no aço fundido e assim o potencial de oxigênio em escória aumenta, por meio disto facilitando a reoxidação do aço fundido pela escória durante o processo de fundição após o tratamento de desgaseificação, para desvantajosamente diminuir a pureza do aço fundido. Ainda, a adição de um agente de geração de calor ao aço fundido simultaneamente com a introdução de gás oxigênio no aço fundido pode temporariamente esgotar o oxigênio livre requerido para a descarburização e possivelmente causar uma falha de descarburização, um tempo de processamento prolongado para a descarburização, e similares.

[006] Ainda, no caso onde o oxigênio é introduzido no aço fundido ou uma câmara de desgaseificação para a combustão do alumínio durante o tratamento de desoxidação do aço fundido após a sua reação de descarburização requer uma certa duração de tempo de processamento de desoxidação de aço de modo a remover inclusões tais como Al2O3 gerado pela adição do agente de geração de calor, para manter uma pureza suficientemente alta, por meio de que surge um problema que o tempo de processamento total é prolongado pelo tempo requerido para a combustão de Al para aquecer o aço fundido e assim a produtividade cai.

[007] Alternativamente, exemplos do meio convencional para aquecer o aço fundido durante o processo de desgaseificação a vácuo incluem aquecer o aço fundido por uma combustão secundária de gás CO por oxigênio soprado do topo. Cujo gás CO é gerado como um resultado da reação de descarburização. No entanto, neste caso, existe um problema em que o aço fundido não é suficientemente e efetivamente aquecido no estágio posterior de processo de descarburização quando a concentração de [C] no aço fundido cai e a geração de CO diminui.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO

[008] A presente invenção tem como objetivo resolver vantajosamente o problema acima mencionado e um seu objeto é encurtar com sucesso e vantajosamente o tempo de processamento de desga- seificação a vácuo, sem causar uma falha de descarburização e dimi- nuir em pureza o aço fundido, aquecendo adequadamente o aço fundido dentro de uma câmara de desgaseificação a vácuo adicionando um agente de geração de calor e introduzindo o gás oxigênio na câmara de desgaseificação a vácuo durante o processo de descarburiza- ção.

MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS

[009] Especificamente, as características primárias da presente invenção são como segue. (1) Um método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, que compreende executar um processo de descarburização de aço fundido adicionando uma quantidade de oxigênio requerida para a descarburização do aço fundido em uma câmara de desgaseificação a vácuo utilizando uma lança de oxigênio soprado do topo inserida na câmara de desgaseificação a vácuo da sua porção de topo, caracterizado pelo fato de que o processo de descarburização ainda compreende: adicionar uma quantidade de oxigênio requerida para a combustão de um agente de geração de calor a ser adicionado para aquecer o aço fundido; adicionar o agente de geração de calor ou durante ou após a dita adição adicional de oxigênio para aquecer o aço fundido; e continuar a descarburização do aço fundido. (2) O método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo de (1) acima, ainda compreendendo executar o processo de des- carburização de aço fundido até que o conteúdo de oxigênio dissolvido no aço fundido caia para 50 ppm ou menos. (3) O método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo de (1) ou (2) acima, ainda compreendendo adicionar o agente de geração de calor quando a concentração de carbono [C] dentro do aço fundido caiu para 300 ppm ou menos. (4) O método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo de qualquer um de (1) a (3) acima, em que o agente de geração calor contém Al metálico e/ou Si metálico e é adicionado ao aço fundido por pelo menos 0,1 kg como um valor convertido de Al metálico e/ou Si metálico, por uma tonelada do aço fundido, durante a descar- burização do aço fundido. (5) O método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo de (4) acima, em que o agente de geração calor contém Al metálico e/ou Si metálico de modo que o seu conteúdo total seja pelo menos 30% por massa.

EFEITOS DA INVENÇÃO

[0010] De acordo com a presente invenção, quando um aço de ultrabaixo carbono é produzido por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, o tempo de processamento de desgaseificação a vácuo pode ser drasticamente encurtado sem causar uma falha de descarburização e uma diminuição em pureza do aço fundido aumentando adequadamente a temperatura do aço fundido durante a descarburização do aço fundido.

[0011] Ainda, de acordo com a presente invenção, a temperatura do aço fundido quando o aço fundido é coletado de um conversor pode ser relativamente baixa porque a temperatura do aço fundido pode ser aumentada para um nível adequado durante a descarburização posterior.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] Figura 1 é um gráfico que mostra uma relação entre o tempo para adicionar um agente de geração de calor (expresso pela concentração de carbono [C] no aço fundido quando o agente de geração de calor é adicionado) e a constante de taxa de descarburização Kc.

[0013] Figura 2A é um diagrama que mostra os resultados de investigação sobre como o tempo para adicionar o agente de geração de calor afeta o tempo de processamento de desgaseificação a vácuo no método convencional.

[0014] Figura 2B é um diagrama que mostra os resultados de investigação sobre como o tempo para adicionar o agente de geração de calor afeta o tempo de processamento de desgaseificação a vácuo no método da presente invenção.

[0015] Figura 3 é uma vista em corte esquemática que mostra um estado de processo de descarburização conduzindo por um sistema de desgaseificação de RH de acordo com a presente invenção.

[0016] Figura 4 é um gráfico que mostra o tempo de processamento de RH no método convencional e o tempo de processamento de RH no método da presente invenção em um modo comparativo.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0017] A presente invenção será daqui em diante descrita em detalhes com referência aos desenhos.

[0018] A reação de descarburização no tratamento de desgaseifi- cação a vácuo é geralmente constituída de um primeiro estágio da reação durante o qual uma taxa de circulação de aço fundido (isto é, suprimento de oxigênio para o aço fundido) é o fator primário para determinar a taxa de reação e um segundo estágio durante o qual o suprimento de carbono ou concentração de [C] no aço fundido é o fator primário para determinar a taxa de reação. Em um caso onde: a des- carburização prossegue uniformemente como um resultado de ou um conteúdo de oxigênio suficientemente alto dissolvido no aço fundido no primeiro estágio da reação de descarburização ou aplicando suficien-temente o gás oxigênio no primeiro estágio da reação de descarburi- zação; e então um agente de geração de calor tal como o alumínio é adicionado ao aço fundido quando a sua descarburização está subs-tancialmente completa, o aço fundido pode ser idealmente aquecido pela combustão de Al (ou similar).

[0019] No entanto, o aumento de potencial de oxigênio no aço fundido no primeiro estágio da reação de descarburização como acima descrito significa um possível aumento em potencial de oxigênio na escória, o que resulta em uma pureza diminuída do aço fundido devido à sua reoxidação pela escória. Se um agente de geração de calor for adicionado simultaneamente com o suprimento de oxigênio ao aço fundido, para resolver este problema, no primeiro estágio da descarbu- rização por uma quantidade equivalente de oxigênio suprida para o aço fundido, o oxigênio no aço fundido pode ser localmente esgotado pelo agente de geração de calor para possivelmente causar uma falha de descarburização no primeiro estágio de descarburização durante o qual o suprimento de oxigênio para o aço fundido é o fator primário para determinar a taxa de reação, apesar do potencial de oxigênio no aço fundido ser impedido de aumentar.

[0020] Neste aspecto, é assumido que tal esgotamento localizado de oxigênio no aço fundido e a falha de descarburização resultante como acima descrito podem ser evitados adicionando um agente de geração de calor no estágio intermediário ou no estágio posterior de descarburização durante o qual a reação de descarburização não é tão dependente do conteúdo de oxigênio dissolvido no aço fundido e um conteúdo de oxigênio relativamente baixo não afeta significativamente a reação de descarburização.

[0021] Em vista da análise acima mencionada, o inventor da presente invenção estudou intensamente o tempo para adicionar um agente de geração de calor para aquecer o aço fundido e descobriu que, em um caso onde o agente de geração de calor é adicionado durante a descarburização, é possível efetivamente aquecer o aço fundi do e assim encurtar o tempo de processamento como um todo sem causar um esgotamento local de oxigênio e uma falha de descarburi- zação, conduzindo o aquecimento em um estágio apropriado durante a descarburização.

[0022] Especificamente, o inventor da presente invenção revelou que, em um caso onde o agente de geração de calor e uma quantidade adicional de gás oxigênio requerida para a combustão do agente de geração de calor são adicionados durante a descarburização, é possível efetivamente aquecer o aço fundido e assim encurtar o tempo de processamento como um todo sem causar um esgotamento local de oxigênio e uma falha de descarburização, adicionando o agente de geração de calor a quantidade adicional de gás oxigênio no estágio de descarburização quando a concentração de carbono [C] no aço caiu para 300 ppm por massa ou menos.

[0023] A figura 1 mostra os resultados de como a adição do agente de geração de calor afeta a capacidade de descarburização durante o processo de descarburização em termos de relação entre o tempo para adicionar o agente de geração de calor (expresso pela concentração de carbono [C] no aço fundido quando o agente de geração de calor é adicionado) e a constante de taxa de descarburização Kc.

[0024] É compreendido da figura 1 que a constante de descarburi- zação Kc não diminui, isto é, a capacidade de descarburização não deteriora, pela adição do agente de geração de calor se o agente de geração de calor for adicionado ao aço fundido no estágio de descar- burização quando a concentração de carbono [C] no aço fundido caiu para 300 ppm por massa ou menos. Neste aspecto, em um caso onde a concentração de carbono [C] no aço fundido detectada na adição de agente de geração de calor é mais baixa do que 1,3 x a concentração de carbono [C] alvo, a adição de agente de geração de calor pode prolongar o tempo de processamento. É, portanto preferível que o agente de geração de calor seja adicionado em um estágio de descarburiza- ção quando a concentração de carbono [C] no aço fundido é igual a ou mais alta do que 1,3 x a concentração de carbono [C] alvo.

[0025] Na presente invenção, "no completamento do processo de descarburização" representa um tempo quando a concentração de oxigênio dissolvido no aço fundido caiu para 50 ppm por massa ou menos pela primeira vez desde o início do tratamento de desgaseifica- ção a vácuo (por exemplo, processo de RH ou Ruhrstahl-Heraeus).

[0026] O processo de desgaseificação a vácuo da presente invenção está dividido, em ordem cronológica, em um processo de descar- burização como o primeiro estágio e um processo de descarburização como o segundo estágio.

[0027] A figura 2A e a figura 2B respectivamente mostram os resultados de investigação sobre com o tempo para adicionar o agente de geração de calor afeta o tempo de processamento de desgaseifica- ção a vácuo em um modo comparativo.

[0028] A figura 2A representa um método para adicionar um agente desoxidante (por exemplo, alumínio) após o completamento de des- carburização e então adicionar o agente de geração de calor e soprar oxigênio durante um certo período para compensação térmica (isto é, o método convencional).

[0029] A figura 2B representa um método para adicionar um agente de geração de calor e oxigênio adicional para a combustão do agente de geração de calor durante o processo de descarburização de acordo com a presente invenção (isto é, o método da presente invenção).

[0030] Como mostrado na figura 2A, o método convencional inclui adicionar um agente desoxidante (por exemplo, alumínio) após o com- pletamento da descarburização e então adicionar o agente de geração de calor e soprar oxigênio durante um certo período para aumentar a temperatura do aço fundido para compensação térmica, por meio disto inevitavelmente tendo um tempo de processamento desoxidação relativamente longo e assim um tempo de processamento de desgaseifi- cação a vácuo relativamente longo. Especificamente, como mostrado na figura 2A, (1) "tempo de processamento de desoxidação", o que seria o mesmo que (3) "tempo de retenção requerido para processamento de desoxidação" sem adição de agente de geração de calor, é realmente mais longo do que (3) "tempo de retenção requerido para processamento de desoxidação" no método convencional de adicionar um agente de geração de calor após o completamento de descarburi- zação, devido a (2) "tempo de retenção requerido após o aquecimento de aço fundido" necessitado para aguardar que a alumina (Al2O3) gerada pelo aquecimento do aço fundido flutue e a remoção desta alumina por separação. Isto é, (4) "tempo de processamento de RH" ou tempo de processamento de desgaseificação a vácuo é prolongado consequentemente no método convencional.

[0031] Em contraste, o agente de geração de calor e um oxigênio adicional para a combustão do agente de geração de calor são adicionados para aquecer o aço fundido durante o processo de descarburi- zação de acordo com o método da presente invenção mostrado na figura 2B, por meio de que (1) "tempo de processamento de desoxida- ção" seguramente evita ser prolongado por (2) "tempo de retenção requerido após o aquecimento de aço fundido" e coincide com (3) "tempo de retenção requerido para processamento de desoxidação". Como um resultado, (4) "tempo de processamento de RH" pode ser drasticamente encurtado se comparado com o método convencional.

[0032] Na presente invenção, é vantajoso e preferível que o agente de geração de calor contenha Al metálico e/ou Si metálico e seja adicionado ao aço fundido por pelo menos 0,1 kg como valor convertido de Al metálico e/ou Si metálico por 1 tonelada de aço fundido. Ain- da, é vantajoso e adequado que o agente de geração de calor contenha Al metálico e/ou Si metálico de modo que o seu conteúdo total seja pelo menos 30% por massa e de preferência pelo menos 70% por massa.

EXEMPLO

[0033] A presente invenção será adicionalmente descrita em detalhes daqui em diante pelo Exemplo.

[0034] O tipo de aço visado pela presente invenção é o aço de ul- trabaixo carbono que tem uma concentração de [C] alvo < 25 ppm por massa.

[0035] Um aço fundido (320 t) soprado em um conversor para ter uma concentração de carbono [C]: 300 ppm por massa a 400 ppm por massa e uma concentração de oxigênio [O]: 500 ppm por massa a 700 ppm por massa foi coletado em uma concha 4 como mostrado na figura 3 e o aço fundido 2 na concha 4 foi sujeito a um processamento de desgaseificação a vácuo de RH. Especificamente, o aço fundido 2 na concha 4 foi sugado para dentro de uma câmara de desgaseificação 14, para um tratamento de desgaseificação, através de um tubo de imersão 12 para soprar aço fundido por um gás de recirculação 10 soprado dentro do tubo de imersão de uma entrada de gás de recircula- ção 8. O número de referência 6 representa a escória flutuando sobre o aço fundido 2 na concha 4.

[0036] Na presente invenção, o gás oxigênio é soprado do topo, através de uma lança de oxigênio soprado do topo 16 inserida na câmara de desgaseificação 14 da sua porção de topo para suspender na mesma, no processo de descarburização de tratamento de desgaseifi- cação. Especificamente, além de uma quantidade de oxigênio requerida para a descarburização do aço fundido 2, uma quantidade de oxigênio adicional requerida para a combustão de um agente de geração de calor a ser adicionado é introduzida na câmara de desgaseificação 14. Ainda, partículas de alumínio como o agente de geração de calor são adicionadas ao aço fundido 2 dentro da câmara de desgaseifica- ção 14 por meio de uma calha de adição 20 de modo que a quantidade de alumínio como o agente de geração de calor seja equivalente à quantidade adicional de oxigênio para a combustão do agente de geração de calor. Isto é, o aço fundido é aquecido pela combustão de Al adicionado a este, enquanto a descarburização do aço fundido continua a prosseguir. Como um resultado, o tempo de processamento de desgaseificação como um todo pode ser encurtado sem causar uma falha de descarburização e/ou diminuir a pureza do aço fundido.

[0037] No presente exemplo, 0,2 kg de partículas de alumínio como o agente de geração de calor foram adicionados por uma tonelada do aço fundido no estagio quando a concentração de carbono [C] no aço fundido estava na faixa de 50 ppm por massa a 200 ppm por massa.

[0038] A figura 4 mostra em um modo comparativo o valor médio de 20 tempos de processamento contados em 20 cargas de tratamento de desgaseificação a vácuo de acordo com o método convencional, isto é, a média de (4) "tempo de processamento de RH" da figura 2A, e o valor médio de 20 tempos de processamento contados em 20 cargas de tratamento de desgaseificação a vácuo de acordo com o método da presente invenção, isto é, a média de (4) "tempo de processamento de RH" da figura 2B.

[0039] Como mostrado na figura 4, o tempo de processamento de acordo com o método da presente invenção foi encurtado com sucesso para 0,85 vezes desde que o tempo de processamento de acordo com o método convencional (o tempo de processamento de acordo com o método convencional é expresso como "1" na figura 4).

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0040] De acordo com a presente invenção, o tempo de proces- samento pode ser drasticamente encurtado, sem causar uma falha de descarburização e/ou diminuir a pureza do aço fundido, efetivamente aumentando a temperatura do aço fundido durante o processo de des- carburização na fabricação de aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo. Ainda, a temperatura do aço fundido na qual o aço fundido é coletado de um conversor pode ser ajustada para ser relativamente baixa porque o aço fundido pode ser efetivamente aquecido em um estágio posterior.

Claims

1. Método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, que compreende executar um processo de descarburização de aço fundido adicionando uma quantidade de oxigênio requerida para a descarburização do aço fundido em uma câmara de desgaseificação a vácuo utilizando uma lança de oxigênio soprado do topo inserida na câmara de desgaseificação a vácuo da sua porção de topo, caracterizado pelo fato de que o processo de descarburiza- ção compreende ainda: adicionar uma quantidade de oxigênio requerida para a combustão de um agente de geração de calor a ser adicionado para aquecer o aço fundido; adicionar o agente de geração de calor ou durante ou após a dita adição adicional de oxigênio para aquecer o aço fundido, quando a concentração de carbono [C] no aço fundido caiu para 300 ppm por massa ou menos e é igual a ou mais alta do que 1,3 x a concentração de carbono [C] alvo; e continuar a descarburização do aço fundido.

2. Método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda executar o processo de descarburização de aço fundido até que o conteúdo de oxigênio dissolvido no aço fundido caia para 50 ppm ou menos.

3. Método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o agente de geração calor contém Al metálico e/ou Si metálico e é adicionado ao aço fundido por pelo menos 0,1 kg como um valor convertido de Al metálico e/ou Si metálico, por uma tonelada do aço fundido, durante a descarburização do aço fundido.

4. Método para fabricar um aço de ultrabaixo carbono por técnicas de lingote utilizando um sistema de desgaseificação a vácuo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o agente de geração calor contém Al metálico e/ou Si metálico de modo que o seu conteúdo total seja pelo menos 30% por massa.