CH719693B1 - Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von metallisches Kalzium enthaltendem Ferrosilizium - Google Patents
Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von metallisches Kalzium enthaltendem Ferrosilizium Download PDFInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, und betrifft das Gebiet der Sekundärveredelung von Stahl. Gemäss dieser Erfindung wird die Siliziumlegierung nicht oder nur teilweise während des Abstichprozesses nach der Konverterstahlerzeugung durchgeführt, währenddessen die Vorveredelung des geschmolzenen Stahls durch Verschlackung und die Desoxidation durch Aluminium durchgeführt wird. Der Aluminiumgehalt wird entsprechend der Obergrenze der Stahlsortenanforderungen kontrolliert. Nach der Sekundärveredelung wird das Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, dem geschmolzenen Stahl für die Siliziumlegierung und die Kalziumbehandlung zugegeben, gefolgt vom Einblasen von Argongas beim Rühren des geschmolzenen Stahls für 1 bis 3 Minuten mit einem hohen Durchsatz, um das Schmelzen der Legierungen zu fördern, wobei dann der geschmolzene Stahl unter Einblasen von Argongas mit einem niedrigen Durchsatz gerührt wird, um die Modifizierung und das Aufschwimmen von Einschlüssen zu fördern. Die Erfindung verwendet das metallische Kalzium, das in der Ferrosiliziumlegierung enthalten ist, in Kombination mit der Einstellung der Zeit der Siliziumlegierung, um die Ziele der Siliziumlegierung und der Kalziumbehandlung des geschmolzenen Stahls zu erreichen, daher kann das Verfahren, das durch diese Erfindung bereitgestellt wird, die konventionelle Produktionslinie der Kalziumzufuhr reduzieren oder sogar aufheben, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden, Darüber hinaus kann das Verfahren dazu beitragen, das Problem des Verspritzens von geschmolzenem Stahl zu vermeiden, das durch die Zuführung von Kalziumdrähten verursacht wird, und die Sauerstoff- und Stickstoffaufnahme von geschmolzenem Stahl zu reduzieren, wodurch die Betriebsstabilität und die Kalziumausbeute zusammen mit einer höheren Reinheit des geschmolzenen Stahls verbessert werden.
Description
TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, und betrifft das Gebiet der Sekundärveredelung von Stahl.
HINTERGRUND
[0002] Die Kalziumbehandlung wird häufig bei der Herstellung von desoxidiertem Aluminiumstahl eingesetzt, um das Verstopfen der Tauchdüsen beim Giessen zu verhindern. Darüber hinaus ist die Kalziumbehandlung auch bei der Modifizierung von Magnesiumsulfid (MnS) in Pipeline-Stahl und anderen Stahlsorten weit verbreitet, um die Bildung von wasserstoffinduzierten Rissen während des Betriebs zu vermeiden. Gegenwärtig wird die Kalziumbehandlung in der Stahlindustrie hauptsächlich durch das Einbringen verschiedener kalziumhaltiger Fülldrähte in geschmolzenen Stahl durchgeführt. Zu diesen kalziumhaltigen Fülldrähten gehören reiner Kalziumdraht, Silizium-Kalziumdraht und Aluminium-Kalziumdraht. Zusätzlich zu den höheren Kosten führt diese Kalziumbehandlungsmethode aufgrund des hohen Dampfdrucks von Kalzium leicht zum Verspritzen von geschmolzenem Stahl während der Kalziumzufuhr, was zur Re-oxidation des geschmolzenen Stahls führt, was wiederum eine geringe Kalziumausbeute und die Bildung einer grossen Anzahl von nichtmetallischen Einschlüssen zur Folge hat. Silizium ist ein Element, das die Festigkeit und Härte von Stahl erhöht, und verschiedene Stahlsorten haben bestimmte Anforderungen an den Siliziumgehalt. Bei der Stahlherstellung wird Ferrosilizium dem Stahl in der Regel beim Abstich eines Konverters zur Siliziumlegierung des geschmolzenen Stahls zugesetzt. Ferrosilizium wird in der Regel durch karbothermische Reduktion hergestellt, wobei Siliziumdioxid eine bestimmte Menge Kalziumoxid (CaO) enthält, so dass das Ferrosilizium eine bestimmte Menge an metallischem Kalzium enthält. Aufgrund des hohen Gehalts an gelöstem Sauerstoff im geschmolzenen Stahl während des Abstichs des Konverters wird das Kalzium im Ferrosilizium oxidiert, was zu einem Verlust an metallischem Kalzium führt.
[0003] Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, bereit, welches in das Gebiet der Sekundärveredelung von Stahl gehört und die Betriebsstabilität sowie die Kalziumausbeute zusammen mit einer höheren Reinheit des geschmolzenen Stahls verbessern kann.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0004] Um den oben genannten Zweck zu erreichen, wird gemäss dieser Erfindung ein Verfahren zur Verfügung gestellt, gemäss welchem die Siliziumlegierung nicht oder nur teilweise während des Abstichprozesses nach der Konverterstahlerzeugung durchgeführt wird, währenddessen die Vorveredelung von geschmolzenem Stahl durch Verschlackung und die Desoxidation durch Aluminium durchgeführt werden. Der Aluminiumgehalt wird entsprechend der Obergrenze der Stahlsortenanforderungen kontrolliert, um die Zugabe von Aluminium während des sekundären Raffinationsprozesses zu vermeiden. Nach der Sekundärveredelung wird das Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung dem geschmolzenen Stahl zugegeben. Nach der Legierungszugabe wird der geschmolzene Stahl zunächst 1 bis 3 Minuten lang gerührt, wobei gasförmiges Argon mit hohem Durchsatz in den geschmolzenen Stahl eingeblasen wird, um das Schmelzen der Legierungen zu fördern, und dann der geschmolzene Stahl mehr als 10 min gerührt wird, wobei Argon mit niedrigem Durchsatz in den geschmolzenen Stahl eingeblasen wird, um die Modifizierung und das Aufschwimmen von Einschlüssen zu fördern.
[0005] Das Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, umfasst die folgenden Schritte:
[0006] Schritt 1: Berechnung der Zugabemenge von Ferrosiliziumlegierungen während eines Abstichprozesses eines Konverters und nach einer Sekundärveredelung entsprechend einem Kalziumgehalt von Ferrosiliziumlegierungen und einem angestrebten Silizium- und Kalziumgehalt des geschmolzenen Stahls;
[0007] Schritt 2: Zugabe von Schlacken zur Vorraffination des geschmolzenen Stahls während des Abstichprozesses im Konverter, gleichzeitige Desoxidation des geschmolzenen Stahls unter Verwendung von Aluminium und Kontrolle des Aluminiumgehalts bis zu einer Obergrenze von Stahlsortenanforderungen, um die Zugabe des Aluminiums in der Sekundärveredelung zu vermeiden;
[0008] Schritt 3: Durchführung keiner oder nur einer teilweisen Siliziumlegierung beim Abstich des Konverters gemäss der Berechnung in Schritt (1);
[0009] Schritt 4: Zugabe der Ferrosiliziumlegierungen, die metallisches Kalzium enthalten, in den geschmolzenen Stahl für die Siliziumlegierung und die Kalziumbehandlung nach der Sekundärveredelung, wobei gasförmiges Argon durch Einblasen mit hohem Durchsatz während des Rührens des geschmolzenen Stahls zugegeben wird, um das Schmelzen der Legierungen zu fördern,
[0010] Schritt 5: Zugeben von gasförmigem Argon durch Einblasen des Argons während des Rührens des geschmolzenen Stahls, wobei das Einblasen von Argon mit niedrigem Durchsatz erfolgt, um die Modifizierung und das Aufschwimmen von Einschlüssen zu fördern,
[0011] Ausserdem weist die Ferrosiliziumlegierung eine Partikelgrösse von weniger als 50 mm auf und enthält mehr als 0,1 Volums-% metallisches Kalzium, wobei der Gehalt an metallischem Kalzium in derselben Charge von Legierungen gleichmässig sein soll;
[0012] Des Weiteren kann in Schritt 2 Aluminium zur Desoxidation zugesetzt werden, wobei der Aluminiumgehalt entsprechend der Obergrenze der Stahlsortenanforderungen kontrolliert wird.
[0013] In Schritt 4 wird nach dem Zusatz der Ferrosiliziumlegierung, die metallisches Kalzium enthält, Argon mit hohem Durchsatz von 300-700NL/min zugegeben, um die Schlackenoberfläche zum Taumeln zu bringen, wobei das Argon für 1-3 Minuten eingeblasen wird, um das Schmelzen der Legierungen zu fördern.
[0014] Des Weiteren kann in Schritt 5 Argon durch Einblasen mit einem niedrigen Durchsatz von 100-250NL/min zugegeben werden, um eine leicht schwankende Schlackenphase zu realisieren, ohne den geschmolzenen Stahl freizulegen, wobei die Einblaszeit mehr als 10 min betragen kann.
[0015] Die Erfindung nutzt das in der Ferrosiliziumlegierung enthaltene metallische Kalzium in vollem Umfang in Kombination mit der Einstellung der Zeit für die Bildung der Siliziumlegierung, um die Ziele der Siliziumlegierung und der Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl zu erreichen. Einerseits erhöht das Verfahren nicht die Zugabemenge der Siliziumlegierung, andererseits reduziert es den konventionellen Kalziumzuführungsvorgang oder hebt ihn sogar auf, sodass die Produktionskosten gesenkt werden. Darüber hinaus kann die Erfindung dazu beitragen, das durch die Zuführung von Kalziumdrähten verursachte Problem des Verspritzens des geschmolzenen Stahls zu vermeiden und die Sauerstoff- und Stickstoffaufnahme des geschmolzenen Stahls zu reduzieren, wodurch die Betriebsstabilität und die Kalziumausbeute zusammen mit einer höheren Reinheit des geschmolzenen Stahls verbessert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0016] FIG. 1 zeigt die Verteilung der Zusammensetzung von Einschlüssen in Stahl ohne Zusatz von Ferrosiliziumlegierung nach der Entschwefelung bei der Pfannenofen (LF)-Veredelung gemäss eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
[0017] FIG. 2 zeigt eine typische Morphologie von Einschlüssen in Stahl ohne Zusatz von Ferrosiliziumlegierung nach der Entschwefelung bei der Pfannenofen (LF)-Veredelung gemäss eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
[0018] FIG. 3 zeigt die Verteilung der Zusammensetzung von Einschlüssen in Stahl nach Zugabe von Argongas durch Einblasen mit hohem Durchsatz in den geschmolzenen Stahl enthaltend eine Ferrosiliziumlegierung gemäss eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
[0019] FIG. 4 zeigt eine typische Morphologie von Einschlüssen in Stahl nach Zugabe von Argongas durch Einblasen mit hohem Durchsatz in den geschmolzenen Stahl gemäss eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
[0020] FIG. 5 zeigt die Verteilung der Zusammensetzung der Einschlüsse im Stahl am Ende des Einblasens, welches mit einem niedrigen Durchsatz von100-250NL/min erfolgt, gemäss eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
[0021] FIG. 6 zeigt die typische Morphologie der Einschlüsse im Stahl am Ende des Einblasens, welches mit einem niedrigen Durchsatz von100-250NL/min erfolgt, gemäss eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
[0022] Um das technische Schema und die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, werden diese im Folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben.
Beispiel
[0023] Als Beispiel wurde die Herstellung von Pipelinestahl gemäss einer 300t-Konverter-LF-Strangguss-Veredelung herangezogen. Nach thermodynamischer Berechnung lag der angestrebte Kalziumgehalt im geschmolzenen Stahl nach der Kalziumbehandlung von Pipelinestahl bei 10-20 ppm. Die bei der Produktion verwendete Ferrosiliziumlegierung enthielt 0,38 Volums-% metallisches Kalzium mit einer Partikelgrösse von etwa 50 mm. Entsprechend dem angestrebten Silizium- und Kalziumgehalt im Pipelinestahl wurde berechnet, dass die zugesetzte Menge an Ferrosilizium beim Konverterabstich und beim Pfannenofen-(LF)-Veredelungsprozess 360 kg bzw. 420 kg bei gleicher Gesamtmenge an Ferrosilizium betrug. Beim Konverterabstich wurden Schlacken zur Vorveredelung zugegeben, und der Gehalt an säurelöslichem Aluminium im geschmolzenen Stahl wurde durch Zugabe von Aluminiumpartikeln im geschmolzenen Stahl auf 0,03-0,04 Volums% kontrolliert. Gleichzeitig wurden 360 kg des Ferrosiliziums beim Abstich des Konverters zugegeben. Nach der normalen Erwärmung, Verschlackung und Entschwefelung der Pfannenofen (LF)-Raffination wurden 420 kg des oben beschriebenen Ferrosiliziums zugegeben. Während des Rührens des geschmolzenen Stahls wurde 3 Minuten lang Argongas mit hohem Durchsatz eingeblasen, um das Schmelzen und die Gleichmässigkeit der Legierung nach der Zugabe von Ferrosilizium zu fördern, dann wurde 12 Minuten lang Argongas mit einem niedrigen Durchsatz von 100-250NL/min in den geschmolzenen Stahl geblasen, um die Umwandlung und die Entfernung von Einschlüssen zu fördern, dann wurde der geschmolzene Stahl zur Stranggussplattform zum Giessen transportiert, nachdem das Einblasen abgeschlossen war.
[0024] Proben des geschmolzenen Stahls wurden nach der Entschwefelung in der Pfannenofen (LF)-Veredelung (vor der Zugabe von Ferrosiliziumlegierung), zu Beginn des Einblasens bei dem niedrigen Durchsatz (nach der Zugabe von Ferrosiliziumlegierung und dem Einblasen von Argon mit dem hohen Durchsatz) und am Ende des Einblasens mit dem niedrigen Durchsatz genommen. Es wurde festgestellt, dass der Kalziumgehalt im geschmolzenen Stahl am Ende des Einblasens mit dem niedrigen Durchsatz 18 ppm betrug und damit den erwarteten Zielwert erreichte. Der Gesamtsauerstoffgehalt im Stahl betrug 17 ppm und der Stickstoffgehalt 22 ppm am Ende des Einblasens und erreichte damit einen hohen Reinheitsgrad. Die nichtmetallischen Einschlüsse im Stahl wurden ermittelt, wobei die Verteilung der Zusammensetzung der Einschlüsse nach der Entschwefelung in Fig. 1 dargestellt ist, und die typische Morphologie der Einschlüsse ist in Fig. 2 zu sehen ist, die zeigt, dass es sich bei den Einschlüssen hauptsächlich um unregelmässig geformten Magnesia-Aluminiumoxid-Spinell handelt.
[0025] Die Verteilung der Zusammensetzung der Einschlüsse im Stahl nach der Zugabe von Ferrosilizium und dem Einblasen von Argongas mit hohem Durchsatz in den geschmolzenen Stahl enthaltend die Ferrosiliziumlegierung ist in Fig. 3 dargestellt, und die typische Morphologie der Einschlüsse ist in Fig. 4 zu sehen, was darauf hindeutet, dass die meisten Einschlüsse in kugelförmige Kalziumaluminate umgewandelt wurden, aber einige von ihnen nicht einheitlich in der Zusammensetzung und von grosser Grösse waren. Am Ende des Einblasens, welches mit einem niedrigen Durchsatz von 100-250NL/min durchgeführt worden ist, ist die Verteilung der Zusammensetzung der Einschlüsse im Stahl in Fig. 5 dargestellt, und die typische Morphologie der Einschlüsse ist in Fig. 6 zu sehen. Die Einschlüsse haben sich im Wesentlichen in kugelförmiges Kalziumaluminat mit gleichmässiger Zusammensetzung umgewandelt und ihre Grösse wurde weiter reduziert.
Claims (2)
1. Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, umfassend die folgenden Schritte:
Schritt 1: Berechnung der Zugabemenge von Ferrosiliziumlegierungen während eines Abstichs eines Konverters und nach einer Sekundärveredelung entsprechend einem Kalziumgehalt von Ferrosiliziumlegierungen und einem angestrebten Silizium- und Kalziumgehalt des geschmolzenen Stahls;
Schritt 2: Zugabe von Schlacken zur Vorraffination des geschmolzenen Stahls während des Abstichprozesses im Konverter, gleichzeitige Desoxidation des geschmolzenen Stahls unter Verwendung von Aluminium und Kontrolle des Aluminiumgehalts bis zu einer Obergrenze von Stahlsortenanforderungen, um die Zugabe des Aluminiums in der Sekundärveredelung zu vermeiden;
Schritt 3: Durchführung keiner Siliziumlegierung oder nur einer teilweisen Siliziumlegierung beim Abstich des Konverters gemäss der Berechnung in Schritt (1); und Schritt 4: Zugabe der Ferrosiliziumlegierungen, die metallisches Kalzium enthalten, in den geschmolzenen Stahl für die Siliziumlegierung und die Kalziumbehandlung nach der Sekundärveredelung, anschliessend Einblasen von gasförmigem Argon mit einem hohen Durchsatz von 300-700 NL/min während des Rührens des geschmolzenen Stahls, um das Schmelzen der Legierungen zu fördern;
Schritt 5: Einblasen von gasförmigem Argon mit niedrigem Durchsatz von 100-250NL/min während des Rührens des geschmolzenen Stahls, um die Modifizierung und das Aufschwimmen von Einschlüssen zu fördern;
wobei in Schritt 1 die Ferrosiliziumlegierung eine Teilchengrösse von weniger als 50 mm aufweist und mehr als 0,1 Volums% metallisches Kalzium enthält und der Gehalt an metallischem Kalzium in derselben Charge von Legierungen gleichmässig sein soll;
wobei in Schritt 4 der Ferrosiliziumlegierung, die metallisches Kalzium enthält, Argon mit dem hohen Durchsatz von 300-700NL/min zugegeben wird, um die Schlackenoberfläche zum Taumeln zu bringen, wobei das Argon mit dem hohen Durchsatz für 1-3 Minuten eingeblasen wird, um das Schmelzen der Legierungen zu fördern.
2. Verfahren zur Siliziumlegierung und Kalziumbehandlung von geschmolzenem Stahl unter Verwendung von Ferrosilizium, das metallisches Kalzium enthält, nach Anspruch 1, wobei in Schritt 5 Argon mit einem niedrigen Durchsatz von 100-250NL/min während des Rührens des geschmolzenen Stahls eingeblasen wird, um eine leicht schwankende Schlackenphase zu realisieren, ohne den geschmolzenen Stahl freizulegen, wobei die Einblaszeit mehr als 10 Minuten beträgt.
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