CS273829B1

CS273829B1 - Method of steel production in electric-arc furnace

Info

Publication number: CS273829B1
Application number: CS165589A
Authority: CS
Inventors: Milos Ing Karnovsky; Ivo Ing Zadny; Vit Ing Csc Tucek
Original assignee: Milos Ing Karnovsky; Ivo Ing Zadny; Vit Ing Csc Tucek
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CS165589A1

Abstract

The invention concerns a method of steel production in an arc furnace at atmospheric pressure from solid charge, formed for example from steel waste, with content of nitrogen less than 0.010 %. The essence is that, in the course of smelting the charge by the electric arc, which ends by its melting and formation of a slag layer inside the furnace, the content of nitrogen is reduced to below 40 % by weight, particularly to a content of 5 to 10 % by weight, for example by feeding in carbon dioxide.

Description

Vynález se týká způsobu výroby elektrooceli s nízkým obsahem dusíku.The invention relates to a process for the production of low nitrogen-containing electrical steels.

U každého způsobu výroby ocelí dochází ku výměně plynů mezi vsázkovými materiály, plynným prostředím tavícího zařízení a produkty výrobního procesu, tekutou ocelí a struskou. Pro každý výrobní proces a jeho modifikace je charakteristický obsah plynů jak z hlediska jejich kvantity, tak kvality. Plyny přítomné v oceli, hlavně vodík a dusík, představuji nežádoucí prvky, které zhoršují její užitné vlastnosti. Dusík, který je objektem pozornosti vynálezu, může být přítomen v železu buď jako atomární intersticiální roztok, nebo v podobě nitridů Fe2N a Fe^N, které při vyšších teplotách disociují. Je snaha vázat rozpuštěný dusík na stálé nitridy, protože dusík podmiňuje stárnutí oceli, které se projevuje hlavně zvýšením pevnosti a tvrdosti, ale i pronikavým poklesem vrubové houževnatosti. Obsahy dusíku v oceli se pohybují podle pochodů asi v těchto rozmezích % hmot.: thomasovská ocel 0,006 až 0,030 %, zásaditá martinská ocel 0,004 až 0,008 %, elektroocel 0,006 až 0,040 %, kyslíková konvertorová ocel 0,003 až 0,008 %.For each steel production process, gas exchange occurs between the charge materials, the gaseous medium of the melter and the products of the production process, the liquid steel and the slag. Each production process and its modification is characterized by its gas content in terms of both quantity and quality. Gases present in steel, mainly hydrogen and nitrogen, are undesirable elements that impair its performance. The nitrogen object of the present invention may be present in iron either as an atomic interstitial solution or in the form of Fe 2 N and Fe 4 N nitrides, which dissociate at higher temperatures. Efforts are being made to bind dissolved nitrogen to permanent nitrides, since nitrogen causes the aging of the steel, which is manifested mainly by an increase in strength and hardness, but also by a sharp decrease in notch toughness. The nitrogen contents of the steel vary according to processes in the following weight ranges: thomas steel 0.006 to 0.030%, basic martin steel 0.004 to 0.008%, electrical steel 0.006 to 0.040%, oxygen converter steel 0.003 to 0.008%.

K přenosu dusíku do oceli dochází hlavně při styku s dusíkem vzduchu. Je tomu například při dmýchání vzduchu do konvertoru u thomasování, při odpichu nebo při lití oceli. Dusík do oceli se dostává také z přísad, například z legur, z technického kyslíku při jeho dmýchání do oceli horem. LI kyslíkových konvertorových postupů je obsah dusíku v oceli určen například čistotou používaného kyslíku. Rozhodující je absorpce dusíku ze vzduchu. Proto je také obsah dusíku v thomasovská oceli velmi vysoký. U nístějových postupů je absorpce dusíku omezována vrstvou strusky. Je například prokázána závislost obsahu dusíku v oceli na obsahu křemíku v kovonosné vsázce, a tím množství ochranné strusky na tavícím se kovu. Při výrobě oceli v obloukové peci dochází k vyšší absorpci vzdušného dusíku, protože tento v elektrickém oblouku disociuje. Absorpce atomárního dusíku je intenzivnější.The transfer of nitrogen to steel occurs mainly in contact with nitrogen air. This is the case, for example, when blowing air into the converter for thomas, tapping or steel casting. Nitrogen also comes from steel from additives such as alloys, technical oxygen when it is blown into the steel from above. In the oxygen converter process, the nitrogen content of the steel is determined, for example, by the purity of the oxygen used. Nitrogen absorption from air is critical. Therefore, the nitrogen content of the Thomas steel is also very high. In hearth processes, nitrogen absorption is limited by the slag layer. For example, the dependence of the nitrogen content of the steel on the silicon content of the metal-bearing charge and thus the amount of protective slag on the melting metal is shown. In the production of steel in an arc furnace, higher absorption of air nitrogen occurs because it dissociates in the electric arc. Absorption of atomic nitrogen is more intense.

Obsah dusíku v oceli v průběhu tavby v elektrické obloukové peci je proměnlivý.The nitrogen content of the steel during melting in an electric arc furnace is variable.

K maximálnímu nárůstu obsahu dusíku dochází v době tavení, v průběhu uhlíkové reakce obsah dusíku v oceli klesá, aby v závěru tavby při legování, odpichu a lití se opět zvýšil. Nárůst obsahu dusíku při tavení předurčuje konečný obsah dusíku v oceli. Vyšší obsah dusíku v elektrooceli zužuje její použiti, v řadě případů zhoršuje užitné hodnoty vyráběné oceli. Půdní dmyšny, kterými se vhání inertní plyny, vyvolávající pohyb tekuté oceli se používají výlučně s cílem urychlit přenos tepla a dosáhnout fyzikálně chemickou homogenitu taveniny.The maximum increase in the nitrogen content occurs at the time of melting; during the carbon reaction, the nitrogen content of the steel decreases to increase again at the end of the melting process during alloying, tapping and casting. The increase in the nitrogen content during melting predetermines the final nitrogen content in the steel. Higher nitrogen content in electric steel narrows its use and in many cases worsens the utility values of the steel produced. Soil lances injecting inert gases causing the movement of liquid steel are used solely to accelerate heat transfer and achieve physico-chemical homogeneity of the melt.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby oceli v obloukové peci při atmosférickém tlaku z pevné vsázky, tvořené například ocelovým odpadem, s obsahem dusíku menším než 0,010 % podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v průběhu tavení vsázky elektrickým obloukem, které končí jejím roztavením a vytvořením struskové vrstvy se uvnitř pece snižuje obsah dusíku pod 40 % hmot, zejménna na obsah 5 až 10 % hmot. například přiváděním oxidu uhličitého.These disadvantages are overcome by the process of producing steel in an arc furnace at atmospheric pressure from a solid charge, for example steel scrap, with a nitrogen content of less than 0.010% according to the invention. The principle of the invention is that during the melting of the charge by an electric arc, which ends with its melting and the formation of a slag layer, the nitrogen content inside the furnace decreases below 40% by weight, in particular to 5-10% by weight. for example by supplying carbon dioxide.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že se výrazně ovlivní změnou obsahu dusíku v pecní atmosféře v průběhu taveni obsah dusíku v elektrooceli. Vědomá změna obsahu dusíku, jeho výrazné snížení, se dosahuje například vháněním vhodných, technicky i ekonomicky přístupných plynů do prostoru nistěje známými prostředky, například vloženou dmyšnou, dmýchacími otvory ve stěnách pece nebo půdními dmyšnami. Podmínkou je, aby uváděné plyny neobsahovaly dusík, nelze proto použít například koksárenský plyn, zemní plyn, u kterých obsahy dusíku dosahují i 10 %. Používané plyny se s výhodou volí ekonomicky dostupné, optimální se jeví z tohoto hlediska oxid uhličitý.An advantage of the process according to the invention is that it is significantly influenced by the change of the nitrogen content in the furnace atmosphere during the melting process the nitrogen content in the electric steel. A conscious change in the nitrogen content, a significant reduction thereof, is achieved, for example, by injecting suitable, technically and economically accessible gases into the hearth space by known means, for example by interposed lance, lances in the furnace walls or soil lances. The condition is that the mentioned gases do not contain nitrogen, therefore it is not possible to use, for example, coke oven gas, natural gas, where the nitrogen contents reach even 10%. The gases used are preferably economically available, with carbon dioxide being optimal in this respect.

Plyny se vhánějí do nistěje v takovém množství, aby obsah dusíku v pecní atmosféře klesl ze 70 až 80 %, což je obsah dusíku v pecní atmosféře tvořené vzduchem na méně než 4D %, nejlépe až pod 10 %. Tím se snižuje hodnota parciálního tlaku dusíku v pecní atmosféře, snižuje se také absorpce dusíku v průběhu tavení a vytváří se předpoklady pro to, aby konečný obsah dusíku ve vyrobené oceli se například vyrovnal obsahu dusiku v konvertorové oceli.The gases are injected into the furnace in an amount such that the nitrogen content of the furnace atmosphere decreases from 70 to 80%, which is the nitrogen content in the furnace atmosphere of air to less than 4D%, preferably below 10%. This reduces the partial pressure of nitrogen in the furnace atmosphere, also reduces the absorption of nitrogen during melting, and creates conditions for, for example, equalizing the nitrogen content of the converted steel to the nitrogen content.

CS 273 829 BlCS 273 829 Bl

PříkladExample

Elektrická oblouková pec o celkové hmotnosti tavby 30 tun byla vybavena půdními kovovými dmyšnami a přenosnou dmyšnou vsunovanou do pecního prostoru dvířkami. Dmyšny byly určeny k přívodu inertního plynu; jako inertní plyn byl zvolen oxid uhličitý. Byla připravena vsázka: 30 tun ocelového odpadu, 3 tuny pevného surového železa a 0,9 tuny vápna.The electric arc furnace with a total melting weight of 30 tons was equipped with soil metal lances and a portable lance inserted into the furnace space with a door. The lances were designed to supply inert gas; carbon dioxide was chosen as the inert gas. The batch was prepared: 30 tonnes of steel waste, 3 tonnes of solid pig iron and 0.9 tonnes of lime.

Vyráběla se jakost ČSN 42 2713 o měrném složení uhlík 0,10 až 0,18 % hmot., mangan 0,9 až 1,40 % hmot., křemík 0,20 až 0,50 % hmot., fosfor a síra maximálně 0,030 % hmot.We produced quality ČSN 42 2713 with specific composition carbon 0.10 to 0.18% by weight, manganese 0.9 to 1.40% by weight, silicon 0.20 to 0.50% by weight, phosphorus and sulfur maximum 0.030 % wt.

Do pece bylo vsazeno 20 tun odpadu, 3 tuny pevného surového železa a 0,9 tuny vápna, započato dmýchání půdními dmyšnami v množství 1 m⁵.min”! oxidu uhličitého a zahájeno tavení. Po částečném roztavení byla dvířkami do pece vsunuta přenosná dmyšna a prováděno doplňující dmýchání inertního plynu do tavící se šrotové vsázky. Po uplynutí 50 minut bylo provedeno dosazení 10 tun odpadu, dmýchání inertního plynu nebylo přerušeno a pokračovalo tavení. Dmýchání dvířkami se přerušilo po 15 minutách,The kiln was charged with 20 tons of waste, 3 tons of solid pig iron and 0.9 tons of lime, beginning with 1 m ⁵ .min ”blowing through the soil lances! carbon dioxide and melting started. After partial melting, a portable lance was inserted into the furnace door and additional blowing of inert gas was carried out into the melting scrap batch. After 50 minutes, 10 tonnes of waste was charged, the inert gas blowing was not interrupted and melting continued. Blowing through the door was interrupted after 15 minutes,

V průběhu 80 minut byla šrotová vsázka roztavena a na kovové lázni se utvořila struska. Dmýchání půdními dmyšnami bylo přerušeno. Odebral se vzorek tekuté oceli, provedla dohotovení na požadované složení tekuté oceli a teplotu 1 620 °C. Desoxidace byla provedena přísadou feromanganu do pece a ferosilícia s hliníkem do pánve při odpichu. Složení oceli odebrané při lití mělo složení uhlík 0,12 % hmot., mangan 1,00 % hmot., křemík 0,25 % hmot., fosfor a síra 0,02 % hmot., obsah dusíku 0,008 % hmot.Within 80 minutes, the scrap batch was melted and slag formed on the metal bath. Blowing of the soil lances was interrupted. A liquid steel sample was taken, made to the desired liquid steel composition and a temperature of 1620 ° C. The deoxidation was performed by adding ferro-manganese to the furnace and ferro-silicon with aluminum to the ladle at tapping. The cast steel composition had a carbon content of 0.12 wt%, a manganese 1.00 wt%, a silicon 0.25 wt%, a phosphorus and sulfur of 0.02 wt%, a nitrogen content of 0.008 wt%.

Claims

Process for producing steel in an arc furnace at atmospheric pressure from a solid charge, for example steel waste, with a nitrogen content of less than 0.010% by weight, characterized in that during the melting of the charge by an electric arc, the nitrogen content inside the furnace is reduced below 40% %, in particular to a content of 5 to 10% by weight, for example by introducing carbon dioxide.