CS256352B2 - Method of molten ferrous metals' refining - Google Patents
Method of molten ferrous metals' refining Download PDFInfo
- Publication number
- CS256352B2 CS256352B2 CS732838A CS283873A CS256352B2 CS 256352 B2 CS256352 B2 CS 256352B2 CS 732838 A CS732838 A CS 732838A CS 283873 A CS283873 A CS 283873A CS 256352 B2 CS256352 B2 CS 256352B2
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- nitrogen
- oxygen
- decarburization
- melt
- gas
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 16
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 242
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 120
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 claims abstract description 59
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 10
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 abstract description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 abstract description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N [O].[Ar] Chemical compound [O].[Ar] VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWVKDXOHXJEUCP-UHFFFAOYSA-N [N].[O].[Ar] Chemical compound [N].[O].[Ar] GWVKDXOHXJEUCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- 238000009618 Bessemer process Methods 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWKWDCOTNGQLID-UHFFFAOYSA-N [N].[Ar] Chemical compound [N].[Ar] PWKWDCOTNGQLID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/068—Decarburising
- C21C7/0685—Decarburising of stainless steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
- C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
- C21C7/068—Decarburising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Description
Vynález se týká rafinačního procesu, v jehož průběhu je roztavený kov dekarburizován pomocí podpovrchového zavádění kyslíku a jednoatomového plynu
Způsob rafinace taveného kovu zaváděním kyslíku a argonu nebo ekvivalentního jednoatomového plynu pod povrch taveniny byl vynalezen ke snížení obsahu uhlíku a je chráněn americkým patentem USA pat č. 3 252 790 a zlepšený způsob týkající se řízeného foukání je chráněn americkým patentem USA pat č. 3 046 107.
Takové známé způsoby dekarburizace směsí argonu a kyslíku jsou duplexní pochody používané zejména к rafinaci nerezavějících ocelí bez podstatné ztráty chrómu. Po natavení šrotu a příslušných legur v peci se roztavený kov zbaví strusky a převede se do rafinační nádoby, ve které je dekarburizován podpovrchovým foukáním směsi argonu a kyslíku. Pak je roztavený kov redukován, dokončen a odpíchnut do licí pánve.
Pojem redukce ve zde používaném smyslu znamená zpětné získávání kovových materiálů ze strusky, jako například chrómu a manganu, které se okysličily v průběhu dekarburizační operace, přidáním méně hodnotného materiálu, jako je křemík nebo hliník, které mají větší afinitu ke kyslíku než žádané materiály, čímž dojde к převedení redukovaného chrómu nebo manganu v kovové formě zpět do taveniny. Redukce se však nemusí provádět výhradně pevnými materiály. Jelikož se rozpuštěný vodík účinně odstraňuje z taveniny inertním plynem, je možné redukovat oxidované kovové materiály ve strusce injektováním plynů uvolňujících vodík, jako jsou vodík, amoniak /ЫНд/ nebo uhlovodíkový plyn, jako je například metan, propan nebo přírodní plyn.
Pojem dokončování ve zde používaném smyslu znamená jednu nebo všechny běžné operace po redukci, jimiž se roztavený kov připravuje к odpichu a lití, to je zbavení strusky, desulfurizace, konečná úprava složení, úprava teploty a desoxidace.
Vhodná rafinační nádoba, která se může pootáčet do vodorovné polohy, к sázení, к udržování lázně na teplotě, к odebrání vzorku а к odpichu je chráněna francouzským patentem číslo 2 056 845. V průběhu rafinace se nádoba pootočí do svislé polohy a směs argonu a kyslíku o různém vzájemném poměru se vhání dmyšními trubicemi umístěnými na dně nebo na boku nádoby.
V důsledku toho mají výrobci ocelí malou možnost řídit konečný obsah dusíku v oceli, která se vyrábí, jelikož obsah dusíku v oceli je zpravidla charakteristický pro ten který způsob výroby oceli. V uhlíkových ocelích například je zbytkový obsah dusíku u ocelí vyráběných Martinským způsobem nejnižší, a jeho obsah postupně vzrůstal při výrobě v bázických kyslíkových pecích, v elektrických pecích a při výrobě způsobem Bessemerovým. Vysoký obsah zbytkového dusíku v Bessemerových ocelích bránil skutečně použití tohoto materiálu pro některé hlavní účely a nakonec přispěl ke skutečnému upuštění od tohoto procesu v USA а к silnému omezení jeho použití v ostatních Částech světa.
Pokud jde o výrobu nerezavějící oceli, vyrábí se většina světové produkce v elektrických obloukových pecích. Při tomto postupu závisí množství zbytkového dusíku na řadě faktorů; nejdůležitější z těchto faktorů je rychlost tavení, typ vsázky, složení tavby, doba rafinace a způsob dokončování. Jelikož tyto faktory jsou všeobecně dány takovými úvahami, jako jsou ekonomická hlediska, dostupnost surovin, složení slitiny a obsah ostatních zbytkových prvků, jako je kyslík a síra, měli výrobci ocelí jen málo praktických možností řídit obsah zbytkového dusíku. Je ovšem možné zvýšit konečný obsah dusíku v tavbě přidáním elektrolytických slitin manganu nebo ferroslitin obsahujících dusík, tento postup má však četné nevýhody. Především mangan a ferroslitiny jsou drahé; kromě toho zjištění obsahu dusíku v tavbě je často spojeno s omyly. Jestliže je množství přísady legur velké, absorbuje natavení a rozpuštění přidané slitiny velké množství tepla, což vyžaduje doby prodlevy v peci к dokončení tavby. Dusík přidaný tímto způsobem je tudíž přidáván na úkor produktivity a ekonomie výroby.
Ačkoliv podle uvedeného amerického patentu číslo 3 046 107 je dusík ekvivalentní argonu při procesu se směsí argonu a kyslíku, platí tato ekvivalence jenom pokud jde o jeho funkci při dekarburizační operaci a i tehdy роиге pro ty druhy oceli, ve kterých mohou být velká množství zbytkového dusíku tolerována. Je tomu tak proto, že náhrada argonu dusíkem se projeví tím, že vyčištěná tavba obsahuje množství dusíku, které se blíží rovnovážnému množství dusíku v atmosféře obklopující tavbu za tlaku a teploty okolí a složení tavby. Tato množství se obecně nazývá rovnovážné množství dusíku a lze ho vypočítat z teoretických termodynamických úvah způsoby známými pracovníkům zaškoleným v oboru: viz například Chipman a Corrigan Prediction of the Solubiluty of Nitrogen in Molten Steel (Určování rozpustnosti dusíku v roztavené oceli), Trans. ΑΙΜΕ. Svazek 233, červenec 1965.
Uvedené nedostatky odstraňuje způsob rafinace taven.in železných kovů a slitin, při němž obsah dusíku v rafinovaném roztaveném kovu může být nastaven na jakoukoliv požadovanou úroveň až do 90 % úrovně, při níž je dusík při tlaku okolí v rovnováze s dusíkem rozpuštěným v kovu, zahrnující oduhličení taveniny dmýcháním směsi kyslíku a jednoatomového plynu pod hladinu taveniny, podle vynálezu, jehož podstatou je, že v první fázi oduhličení, během nadmýchávání prvních objemově 50 až 70 % z celkového množství kyslíku potřebného pro oduhličení, se dmýchá do taveniny kyslík ve směsi s dusíkem, načež se v následující fázi oduhličení pokračuje ve dmýchání kyslíku ve směsi s dusíkem a/nebo s jednoatomovým plynem, zejména argonem až do ukončení oduhličování, kdy poměr dmýchaných objemů kyslíku к dusíku a/nebo jednoatomovému plynu je menší než poměr objemů kyslíku к dusíku, dmýchaných během první fáze oduhličování, načež se po ukončeném oduhličování zavádí pod hladinu taveniny samotný jednoatomový plyn, zejména argon.
Předností způsobu podle vynálezu je snadná a ekonomická proveditelnost, jelikož se v průběhu dekarburizace nahrazuje jeden nebo několik zvolených podílů argonu levnějším dusíkem, aniž se zvýší obsah dusíku v kovu.
Jednoatomový plyn použitý pro dokončení dekarburizačního pochodu se může opatřit bud náhradou části dusíku obsaženého v plynné směsi použité v průběhu počáteční periody dekarburizace, nebo přidáním do takové směsi plynů.
Způsob podle vynálezu se může vhodně použít pro různé železné kovy a slitiny zahrnující železo s nízkým obsahem uhlíku, uhlíkatou ocel, nerezavějící ocel, železné slitiny obsahující 3 až 40 % hmot, chrómu a slitiny na bázi niklu. Slitiny mohou obsahovat wolfram, vanad, zirkon, měd, hliník, křemík, síru, titan, mangan, molybden a jiné běžně užívané legovací složky. Rafinace se může provádět bud v jednotlivých šaržích, nebo kontinuálně.
Jediný obrázek na přiloženém výkresu je grafické znázornění změny obsahu dusíku v tavenině v průběhu rafinace způsobem podle tohoto vynálezu, při které se v průběhu první dekarburizační periody zavádí směs kyslíku a dusíku, ve druhé periodě je dusík ve směsi nahrazen argonem /křivka X// nebo se do směsi přidává /křivka Y/ a dekarburizovaná tavenina se pak upravuje samotným argonem.
Z tohoto obrázku je zřejmé, že v průběhu první dekarburizační periody, za použití směsi kyslíku a dusíku, obsah dusíku v tavenině vzrůstá těsně к rovnovážnému obsahu za zvláštních podmínek teploty a složení taveniny a okolního tlaku plynného dusíku v rafinační nádobě. V průběhu druhé periody dekarburizace náhrada dusíku argonem /křivka X/ způsobuje rychlý podkles obsahu dusíku v tavenině. Druhá perioda pokračuje t ik dlouho, dokud se nedosáhne žádaného obsahu uhlíku a specifikovaného obsahu dusíku N2, v závislosti na konečném obsahu žádaném při odpichu. Jelikož pokračující zavádění argonu v průběhu redukce a dokončovacích operací způsobuje přídavné i když poměrně malé snížení obsahu dusíku, je zřejmé, že bod Nj, při kterém se přepíná dusík na argon, závisí na množství argonu zaváděného jak ve druhé periodě dekarburizace tak na konečném obsahu dusíku , který má být v odpichovaném kovu.
Křivka Y zachycuje průběh obsahu dusíku v tavenině, který se nastaví, jestliže se v odpíchnuté tavbě žádá vyšší obsah dusíku a jestliže se v průběhu druhé periody dekarburizace používá třísložkové směsi plynů obsahující argon - kyslík - dusík. Křivka Z znázorňuje průběh obsahu dusíku, jestliže je záměrem stejný obsah dusíku N3 v tavenině za použití třísložkové směsi plynu dusík - kyslík - argon ve druhé dekarburizační periodě. V tomto případě se první perioda ukončuje dříve v době , dříve tedy než doba T2 z předešlého příkladu, jelikož rychlost, kterou klesá obsah dusíku v tavenině, je pomalejší v případě, kdy je v zaváděné směsi obsažen dusík, než když zaváděná plynná směs dusík neobsahuje, jak je znázdrněno křivkou X·
V provozní praxi dekarburizace nerezavějící oceli směsí argonu a kyslíku bylo pozorováno v případech, kdy argon byl jediným plynem používaným spolu s kyslíkem, že konečný obsah dusíku získaný v tavenině po dekarburizaci, redukci a dokončení byl o 30 až 50 % nižší, než jakého se dosáhne normálně při běžném postupu v obloukové peci. Na druhé straně, jak již bylo uvedeno, byl konstatován významně odlišný problém v případě, kdy bylo použito dusíku jakožto jediného přídavného plynu ke kyslíku v průběhu rafinační operace. V tomto druhém případě, se na konci rafinačního stupně obsah rozpuštěného dusíku blížil rovnovážné hodnotě. Jakkoliv to není překvapením vzhledem к teoretickým úvahám, ukazovaly dřívější praktické zkušenosti, že těsného přiblížení к teoreticky vypočítané rovnovážné hodnotě se v praxi nikdy nedosáhlo; viz Ward, The Physical Chemistry of Iron and Steelmaking /Fyzikální chemie železářství a ocelářství/ 1952, str. 182 až 183. Kromě toho v Bessemerově postupu, kde se do taveniny zavádí vzduch /obsahující přibližně 79 % dusíku/ je pozorovaný obsah dusíku v dekarburizované oceli normálně 0,01 až 0,02 %, zatímco rovnovážné množství je asi 0,04 %. Je tedy naměřený konečný obsah dusíku v takových taveninách typicky 25 až 50 % hodnoty, určené teoretickými podmínkami rovnováhy. Myšlenka, že za oxidačních podmínek nedochází v tavenině к přijímání dusíku, jako například že nedochází к přijímání dusíku v průběhu dekarburizace, je zahrnuta také v americkém patentovém spise č. 2 537 103.
Na rozdíl od dosavadního stavu techniky bylo zjištěno, že při provádění dekarburizace argonem a kyslíkem s dusíkem jakožto inertním plynem, zůstává mnohem větší obsah dusíku v dekarburizované tavenině, než se předpokládalo. Například při použití dusíku a kyslíku při rafinaci 17 tun tavby А. I. S. I. typu nerezavějící oceli 304 /0 hmotnostním složení 18 až 20 % chrómu, 8 až 10 % niklu, maximálně 1,0 % křemíku, maximálně 2,0 % manganu a maximálně 0,08 % uhlíku/ je skutečný obsah dusíku 0,136 %, zatímco rovnovážné množství je asi 0,145 %. Tavenina dosahuje tudíž téměř 94 % rovnovážného množství. Dusík, zaváděný v průběhu redukce, desulfurace a dokončovacích operací zvýšil obsah na 0,207 % ve srovnání s vypočítanou rovnovážnou hodnotou 0,247 %, to je na asi 80 % rovnovážné hodnoty.
V průběhu dokončovací operace, jestliže se složení tavby upraví tak, aby splnilo konečný předpis, se může dusík přidávat jednoduše zaváděním plynného dusíku do taveniny po dobu závisející na požadovaném konečném obsahu. Tento proces se může označit jakožto legování dusíkem. Nebylo možno očekávat, že množství přijatého dusíku je vysoce reprodukovatelné a pro důvody, které již byly uvedeny, neočekávaně vysoké. Při použití této techniky je možné získat zbytkový obsah dusíku v tavenině až do asi 50 % rovnovážné hodnoty za tlaku dusíku 0,1 MPa rychlým a ekonomickým způsobem. Může se dosáhnout obsahu nad 50 % rovnovážného obsahu: avšak množství dusíku začíná klesat a způsob se stává méně účinným. V tabulce 1 jsou výsledky pěti zkoušek, při kterých se zvýšil obsah dusíku v nerezavějící oceli pouhým 20 až 69 vteřinovým zaváděním dusíku.
Tabulka 1
| Typ oceli | Počáteční obsah dusíku | Konečný /% hmot/ | m3.h 1 dusíku | Čas |
| 316* | 0,021 | 0,032 | 340 | 20 |
| 316 | 0,019 | 0,041 | 340 | 45 |
| 304++ | 0,044 | 0,061 | 283 | 34 |
| 304L+++ | 0,043 | 0,066 | 283 | 52 |
| 304L | 0,028 | 0,059 | 283 | 69 |
složení uvedeno v % hmotnosti + 16 až 18 % chrómu, 10 až 14 % niklu, maximálně 2,0 % manganu, maximálně 1,0 % křemíku, maximálně 0,10 % uhlíku ++ 18 až 20 % chrómu, 8 až 10 % niklu, maximálně. 2,0 % manganu, maximálně 1,0 % křemíku a maximálně 0,08 % uhlíku až 20 % chrómu, 8 až 10 % niklu, maximálně 2,0 % manganu, maximálně 1,0 % křemíku a maximálně 0,03 % uhlíku.
V mnoha dřívějších studiích kineticky absorpce a desorpce dusíku bylo zjištěno, že odplynění za použití bud vakua,nebo argonu je velmi neúčinné se zřetelem na odstranění dusíku. Je uvedeno například v práci Pehlke a Elliot Solubility of Nitrogen in Liguid Iron Alloys - II Kinetics /Rozpustnost dusíku v tekutých slitinách železa - Kinetika/, Trans, of Met. Soc. ΑΙΜΕ /1963/, že je tomu tak zvláště tehdy, jestliže jsou přítomny povrchově aktivní prvky, jako je kyslík nebo síra. V důsledku toho se očekávalo, že za oxidačních podmínek, jaké jsou například v průběhu dekarburizace argonem a kyslíkem, bude obtížné odstranit podstatnější množství rozpuštěného dusíku z taveniny. Bylo však neočekávaně zjištěno, že i za oxidačních podmínek dekarburizačního postupu je možné odstranit podstatné množství dusíku. Následkem toho je možno nahradit dusíkem argon alespoň v počáteční fázi dekarburizační periody, i když se taveninou absorbuje závažné množství dusíku.
Množství dusíku, kterým se může nahradit argon, je ve vztahu к jeho konečnému množství v tavenině při odpichu. Například pro nerezavějící ocel 304, ve které má být konečné množství dusíku menší než 0,05 %, se může použít dusíku v průběhu dekarburizace až přibližně do 60 % množství kyslíku vypočítaného pro vhánění к dekarburizaci. Obecně je bod, ve kterém je dusík nahrazen argonem mezi 50 až 70 % vypočteného množství kyslíku potřebného při zavádění při dekarburizaci. Toto množství kyslíku se vypočte normálním stechiometrickým způsobem, přičemž se bere v úvahu kyslík potřebný к oxidaci nejen uhlíku, aby byl odstraněn v podobě kysličníku uhelnatého, ale také к oxidaci křemíku a jiných kovových prvků v tavenině, které obvykle přecházejí do strusky ve formě kysličníků. V takovém vypočteném bodě se použije argonu к náhradě dusíku pro účely další dekarburizace, jakož také pro snížení obsahu rozpuštěného dusíku v tavenině na požadovanou hodnotu. ‘
Dva následující příklady objasňují dva výhodné příklady provedení způsobu podle vynálezu.
Příklad 1
Tento příklad objasňuje způsob provedení postupu podle vynálezu, při kterém se používá dusíku jakožto jediného plynu přidávaného ke kyslíku v průběhu první periody dekarburizačního postupu, načež následuje druhá perioda, ve které se používá argonu к náhradě za dusík. Tavenina nerezavějící oceli obsahuje před dekarburizaci v % hmotnosti 0,78 % uhlíku, 0,51 % manganu, 0,41 % křemíku, 18,25 % chrómu a 8,05 % niklu. Velikost tavby je 17 tun. V tabulce jsou zachyceny změny teploty, obsahu uhlíku, množství plynu a obsahu dusíku na začátku, v průběhu první a druhé periody dekarburizace a po redukci. .
256352 6
Tabulka 2
| 02 | Ar N2 | |||||
| Teplota °C | Cas /min/ | C /% | hmot/ | /пАь“1/ | n2 % hmot | |
| Začátek | 1 477 | 0 | 0,78 | - | - | 0,042 |
| Dekarburizace | ||||||
| 1. perioda | 1 638 | 25 | 0,31 | 453 | 226 | 0,075 |
| Dekarburizace | ||||||
| 2. perioda | 1 620 | 15 | 0,06 | 198 | 396 | 0,048 |
| Redukce | 1 549 | 4 | 0,07 | 283 | 0,041 |
Z tabulky 2 je zřejmé, že obsah dusíku vzrůstá v průběhu první dekarburizační periody z 0,042 % na 0,075 % jakožto výsledek zavádění dvou až jednoho objemu kyslíku к dusíku. Avšak v průběhu druhého dekarburizačního stupně klesá obsah dusíku na 0,048 % jakožto výsledek zavádění jednoho až dvou objemů kyslíku к argonu. Pokračující zavádění samotného argonu v průběhu redukce snižuje obsah dusíku na 0,041 %.
Příklad 2
Tento příklad objasňuje jiný způsob provedení postupu podle tohoto vynálezu, při kterém se používá dusíku spolu s kyslíkem v průběhu první periody dekarburizačního postupu, načež následuje druhá perioda, při které se používá argonu jakožto náhrady dusíku. Tavenina nerezavějící oceli před dekarburizací má následující složení: 0,35 % uhlíku, 0,34 % manganu, 0,36 % křemíku, 16,22 % chrómu a 0,14 % niklu, v % hmot. Velikost tavby je 17 tun. V tabulce 3 jsou zachyceny změny teploty, obsahu uhlíku, množství plynu a obsah dusíku na začátku, v průběhu první a druhé periody dekarburizace a po redukci.
Tabulka 3
| Teplota °C | Cas /min/ | C /% | °2 hmot/ | Ar N, /Ль1/ | N2 % hmot | |
| Začátek | 1 538 | 0 | 1,35 | - | - | .0,036 |
| Dekarburizace | ||||||
| 1. perioda | 1 693 | 40 | 0,21 + | 452 | 226 | 0,068+ |
| Dekarburizae | ||||||
| 2. perioda | 1 693 | 8 | 0,05 | 198 | 396 | 0,075 |
| Redukce | 1 621 | 4 | 0,05 | 283 | 283 | 0,056 |
Vzorky odebrané 35 minut po dekarburizací
Z tabulky 3 jě zřejmé, že vysoký obsah dusíku 0,075 % způsobený použitím dusíku v průběhu první periody dekarburizace se sníží na 0,056 % zaváděním argonu. Obsah 0,036 % dusíku, uvedený v tabulce, není skutečnou výchozí hodnotou, avšak spíše typickou hodnotou pro složení uvažované tavby /výchozí hodnota nebyla odebrána/. Poznamenává se, že se kyslík zaváděl i při redukci. Nebylo to z důvodu dekarburizace, avšak spíše,к předejití nadměrnému poklesu teploty tavby.
V uvedených příkladech se poměr kyslík:argon ve druhé periodě dekarburizace udržuje na nižší hodnotě než poměr kyslík:dusík v první periodě dekarburizace, takže dochází к minimalizaci oxidace chrómu při oxidaci uhlíku. Za stejného důvodu při použití dusíku jako přídavného plynu к argonu v průběhu druhé periody se udržuje poměr kyslíku к argonu a dusíku dohromady s výhodou na nižší hodnotě než je poměr kyslík:dusík při první dekarburizační periodě.
Uvedené příklady popisují oddělené individuální způsoby provedení pochodu podle vynálezu; pracovníkům zaškoleným v oboru je 2řejmé, že způsob, chráněný tímto vynálezem, je možno různě obměňovat к dosažení maximálních výhod se zřetelem na ekonomiku plynu, reprodukovatelnost a řízení obsahu dusíku v konečném produktu.
Claims (1)
- Způsob rafinace tavenin železných kovů a slitin, při němž obsah dusíku v rafinovaném roztaveném kovu múze být nastaven na jakoukoliv požadovanou úroveň až do 90 % úrovně, při níž je dusík při tlaku okolí v rovnováze s dusíkem rozpuštěným v kovu, zahrnující oduhličení taveniny dmýcháním směsi kyslíku a jednoatomového plynu pod hladinu taveniny, vyznačený tím, že v první fázi oduhličení, během nadmýchávání prvních objemově 50 až 79 % z celkového množství kyslíku potřebného pro oduhličení, se dmýchá do taveniny kyslík ve směsi s dusíkem, načež se v následující fázi oduhličení pokračuje ve dmýchání kyslíku ve směsi s dusíkem a/nebo s jednoatomovým plynem, zejména argonem až do ukončení oduhličování, kdy poměr dmýchaných objemu kyslíku к dusíku a/nebo jednoatomovému plynu je menší než poměr objemů kyslíku к dusíku, dmýchaných během první fáze oduhličování, načež se po ukončeném oduhličování zavádí pod hladinu taveniny samotný jednoatomový plyn, zejména argon.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US24573372A | 1972-04-20 | 1972-04-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS283873A2 CS283873A2 (en) | 1987-09-17 |
| CS256352B2 true CS256352B2 (en) | 1988-04-15 |
Family
ID=22927861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS732838A CS256352B2 (en) | 1972-04-20 | 1973-04-19 | Method of molten ferrous metals' refining |
Country Status (19)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3754894A (cs) |
| JP (1) | JPS5213493B2 (cs) |
| AT (1) | AT340453B (cs) |
| AU (1) | AU472272B2 (cs) |
| BE (1) | BE798482A (cs) |
| BR (1) | BR7302813D0 (cs) |
| CA (1) | CA980127A (cs) |
| CS (1) | CS256352B2 (cs) |
| DD (1) | DD103264A5 (cs) |
| ES (1) | ES413940A1 (cs) |
| FI (1) | FI73740C (cs) |
| FR (1) | FR2180999B1 (cs) |
| GB (1) | GB1420179A (cs) |
| HU (1) | HU166874B (cs) |
| IL (1) | IL42068A (cs) |
| IT (1) | IT980292B (cs) |
| NO (1) | NO134527C (cs) |
| PL (1) | PL85660B1 (cs) |
| SE (1) | SE426175B (cs) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3998666A (en) * | 1975-07-30 | 1976-12-21 | United States Steel Corporation | Subscale reaction strengthening of low carbon ferrous metal stock |
| US4081270A (en) * | 1977-04-11 | 1978-03-28 | Union Carbide Corporation | Renitrogenation of basic-oxygen steels during decarburization |
| US4260415A (en) * | 1979-12-12 | 1981-04-07 | Allegheny Ludlum Steel Corporation | Decarburizing molten metal |
| JPS57155314A (en) * | 1981-02-25 | 1982-09-25 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Refining of high-cr steel |
| US4436553A (en) | 1982-01-22 | 1984-03-13 | Union Carbide Corporation | Process to produce low hydrogen steel |
| DE3347718C2 (de) * | 1983-09-02 | 1986-05-28 | Ulrich Dipl.-Ing. 5905 Freudenberg Glasmeyer | Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien |
| US4699654A (en) * | 1986-04-08 | 1987-10-13 | Union Carbide Corporation | Melting furnace and method for melting metal |
| JPH08928B2 (ja) * | 1988-09-29 | 1996-01-10 | 川崎製鉄株式会社 | 高ｎステンレス鋼の精錬方法 |
| US5327357A (en) * | 1991-12-03 | 1994-07-05 | Praxair Technology, Inc. | Method of decarburizing molten metal in the refining of steel using neural networks |
| US6921497B2 (en) * | 1999-10-13 | 2005-07-26 | Electromagnetics Corporation | Composition of matter tailoring: system I |
| US6572792B1 (en) * | 1999-10-13 | 2003-06-03 | Atomic Ordered Materials, L.L.C. | Composition of matter tailoring: system 1 |
| DE10012837C1 (de) * | 2000-03-16 | 2001-07-26 | Vsg En & Schmiedetechnik Gmbh | Verfahren zur Kontrolle und Einstellung der Konzentration einer Gaskomponente in einer Schmelze und Vorrichtung zu dessen Durchführung |
| US7655160B2 (en) * | 2005-02-23 | 2010-02-02 | Electromagnetics Corporation | Compositions of matter: system II |
| KR100922061B1 (ko) * | 2007-12-12 | 2009-10-16 | 주식회사 포스코 | 극저탄소 페라이트계 스테인리스강 제조방법 |
| CN102021272B (zh) * | 2009-09-17 | 2012-07-18 | 宝山钢铁股份有限公司 | 不锈钢冶炼的氮含量控制方法 |
| WO2012071323A1 (en) | 2010-11-22 | 2012-05-31 | Electromagnetics Corporation | Devices for tailoring materials |
| CN106950932A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-07-14 | 长江大学 | 运用灰色系统gm（1，n）模型的天然气脱碳装置效果分析方法 |
| CN111592205A (zh) * | 2020-06-01 | 2020-08-28 | 江苏科技大学 | 一种船舶餐厨垃圾和生活污水回收处理沼气利用系统 |
| CN115125366B (zh) * | 2021-03-25 | 2024-05-10 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 一种吹氩站智能生产控制方法 |
| BR112023024464A2 (pt) * | 2021-05-26 | 2024-02-06 | Jfe Steel Corp | Método para refinar ferro fundido |
-
1972
- 1972-04-20 US US00245733A patent/US3754894A/en not_active Expired - Lifetime
-
1973
- 1973-04-09 CA CA168,269A patent/CA980127A/en not_active Expired
- 1973-04-10 AU AU54305/73A patent/AU472272B2/en not_active Expired
- 1973-04-18 BR BR2813/73A patent/BR7302813D0/pt unknown
- 1973-04-18 NO NO1661/73A patent/NO134527C/no unknown
- 1973-04-19 CS CS732838A patent/CS256352B2/cs unknown
- 1973-04-19 SE SE7305623A patent/SE426175B/xx unknown
- 1973-04-19 HU HUJO194A patent/HU166874B/hu unknown
- 1973-04-19 BE BE130231A patent/BE798482A/xx not_active IP Right Cessation
- 1973-04-19 GB GB1890073A patent/GB1420179A/en not_active Expired
- 1973-04-19 IL IL42068A patent/IL42068A/xx unknown
- 1973-04-19 ES ES413940A patent/ES413940A1/es not_active Expired
- 1973-04-19 IT IT49562/73A patent/IT980292B/it active
- 1973-04-19 FI FI731278A patent/FI73740C/fi active
- 1973-04-19 FR FR7314355A patent/FR2180999B1/fr not_active Expired
- 1973-04-19 AT AT351373A patent/AT340453B/de not_active IP Right Cessation
- 1973-04-19 JP JP48043741A patent/JPS5213493B2/ja not_active Expired
- 1973-04-20 PL PL1973162057A patent/PL85660B1/pl unknown
- 1973-04-23 DD DD170360A patent/DD103264A5/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL85660B1 (cs) | 1976-04-30 |
| JPS4921317A (cs) | 1974-02-25 |
| IL42068A0 (en) | 1973-06-29 |
| GB1420179A (en) | 1976-01-07 |
| ES413940A1 (es) | 1976-02-01 |
| FR2180999B1 (cs) | 1976-05-28 |
| AT340453B (de) | 1977-12-12 |
| DE2320165A1 (de) | 1973-10-31 |
| IT980292B (it) | 1974-09-30 |
| BR7302813D0 (pt) | 1974-06-27 |
| JPS5213493B2 (cs) | 1977-04-14 |
| FR2180999A1 (cs) | 1973-11-30 |
| DD103264A5 (cs) | 1974-01-12 |
| NO134527B (cs) | 1976-07-19 |
| CS283873A2 (en) | 1987-09-17 |
| CA980127A (en) | 1975-12-23 |
| ATA351373A (de) | 1977-04-15 |
| FI73740C (fi) | 1988-11-22 |
| AU5430573A (en) | 1974-10-10 |
| IL42068A (en) | 1975-11-25 |
| FI73740B (fi) | 1987-07-31 |
| DE2320165B2 (de) | 1976-02-26 |
| HU166874B (cs) | 1975-06-28 |
| AU472272B2 (en) | 1976-05-20 |
| US3754894A (en) | 1973-08-28 |
| BE798482A (fr) | 1973-10-19 |
| SE426175B (sv) | 1982-12-13 |
| NO134527C (cs) | 1976-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CS256352B2 (en) | Method of molten ferrous metals' refining | |
| US3169058A (en) | Decarburization, deoxidation, and alloy addition | |
| US4615730A (en) | Method for refining molten metal bath to control nitrogen | |
| US4004920A (en) | Method of producing low nitrogen steel | |
| US4174212A (en) | Method for the refining of steel | |
| EP0033780B2 (en) | Method for preventing slopping during subsurface pneumatic refining of steel | |
| US4944799A (en) | Method of producing stainless molten steel by smelting reduction | |
| EP0660880A1 (en) | A method of promoting the decarburization reaction in a vacuum refining furnace | |
| US4154602A (en) | Method of denitriding a high chromium molten steel with a minimum chromium loss | |
| TWI817507B (zh) | 鐵水的精煉方法 | |
| US3930843A (en) | Method for increasing metallic yield in bottom blown processes | |
| CA1205638A (en) | Production of ultra low carbon steel by the basic oxygen process | |
| US3907547A (en) | Method of preparing vacuum-treated steel for making ingots for forging | |
| CA3222779A1 (en) | Method for if-interstitial free steel production using scrap in arc furnace facilities | |
| GB2057509A (en) | Steel making in top-blown converter | |
| EP0159517B1 (en) | Rapid decarburization steelmaking process | |
| CA1115963A (en) | Method for the refining of steel | |
| US4200453A (en) | Process for the production of nickel alloys | |
| EP0143276B1 (en) | Process to control the shape of inclusions in steels | |
| EP0087328B1 (en) | Process to produce low hydrogen steel by argon-oxygen decarburization | |
| RU2319750C2 (ru) | Способ и устройство для обезуглероживания стального расплава | |
| KR102171769B1 (ko) | 용융물 처리 방법 및 이에 의하여 제조되는 스테인리스 강 | |
| US4451288A (en) | Method for producing low hydrogen content in steels produced by subsurface pneumatic refining | |
| RU1605524C (ru) | Способ производства коррозионно-стойкой стали | |
| JPS628488B2 (cs) |