DD232312A5

DD232312A5 - Schnellentkohlungs-stahlherstellungsverfahren

Info

Publication number: DD232312A5
Application number: DD85274093A
Authority: DD
Inventors: Stewart K Mehlman
Original assignee: ��@��@��Kk��
Priority date: 1984-03-14
Filing date: 1985-03-13
Publication date: 1986-01-22
Also published as: ZA851896B; US4488903A; CA1236979A; EP0159517B1; EP0159517A1; ATE46365T1; ES541216A0; KR900002710B1; BR8501126A; ES8606506A1; KR850007089A; IN161785B; DE3572996D1

Abstract

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine Stahlschmelze rasch entkohlt sowie gleichzeitig rasch und effektiv entschwefelt werden kann, bei ausgezeichneter Kohlenstoff-Endpunktgenauigkeit und unter weitgehender Vermeidung gesteigerter Verschuettungsgefahr. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren hinsichtlich das Einblasmodus und der eingeblasenen Stoffe geeignet auszugestalten. Das Verfahren zur Schnellentkohlung einer Stahlschmelze besteht erfindungsgemaess aus einer Obeneinblasung von Sauerstoff und pulverisiertem Kalk sowie einer Unteneinblasung von Sauerstoff und Inertgas, aus dem Unterbrechen der Obeneinblasung zu einem bestimmten Zeitpunkt sowie aus der Entkohlung bis zum Ziel-Kohlenstoffgehalt vermittels der Unteneinblasung. Zu einer guten Entschwefelung, Desoxydation und Entgasung erfolgt ein Zusetzen von mindestens einem Reduktionsmittel zum Bad und ein Einblasen von Inertgas in die Schmelze von unterhalb der Schmelzoberflaeche, so, dass ein Vermischen von Schmelze und Schlacke bewirkt und ausreichend Abgas erzeugt wird.

Description

\nwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die pneumatische Veredelung von Stahl und dabei insbesonders auf die Entkohlung iiner Stahlschmelze.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

vleuere Fortschritte bei der Eisenverhüttung lassen Roheisen für den Einsatz in Kleinaufbereitungsanlagen verhältnismäßig attraktiver erscheinen. Damit eine Kleinaufbereitungsanlage derartiges Roheisen effektiv anstelle eines Teiles oder auch des jesamten hierfür ansonsten verwendeten Schrotteisens verwerten kann, muß sie das Roheisen entkohlen. Des weiteren muß iine derartige Entkohlung schnell durchgeführt werden. Dies ist speziell dann der Fall, wenn ein nacheinander erfolgendes /ergießen vorgenommen wird. Die Entkohlung ist ein Hauptverfahrensschritt der Stahlveredelung, woraus sich der Bedarf an iinem Weg der Schnellentkohlung ergibt.

Ein Verfahren zur Schnellentkohlung in einem Konverter ist in der US-PS 4356035, C 21 C 5/32 beschrieben. Bei diesem /erfahren wird Sauerstoff durch mindestens eine wassergekühlte Lanze auf die Oberfläche eines geschmolzenen eisenhaltigen Metalls gebalsen, wobei die wassergekühlte Lanze oberhalb der Schmelzoberfläche angeordnet ist, während ein sauerstofffreies 3as, in welchem gemahlene Feststoffe enthalten sind, in Abständen in das geschmolzene eisenhaltige Metall durch Rohre Angeblasen wird, die unterhalb der Schmelzenoberfläche angeordnet sind.

Eine Schnellentkohlung, wie sie beispielsweise in einem Sauerstoffblaskonverter vorgenommen wird, ist jedoch mit einer Reihe con Nachteilen verknüpft gewesen. Einer dieser Nachteile ist die größere Gefahr des Verschüttens infolge der gesteigerten .ebhaftigkeit der Entkohlungsreaktion. Ein weiterer Nachteil ist ein Verlust an Kohlenstoff-Endpunktgenauigkeit. Ein dritter Nachteil ist eine Leistungsminderung infolge lokaler Unausgewogenheiten von Sauerstoff zu Kohlenstoff, wodurch ein gewisser Sauerstoffanteil dazu gebracht wird, mit dem Eisen zu reagieren und auf diese Weise die Ausbeute zu reduzieren. Des weiteren besteht auf Grund jüngster Fortschritte bei der Eisenverhüttung die Tendenz, schwefelreiches Roheisen zu ärzeugen. Demzufolge muß das Material sowohl entschwefelt als auch entkohlt werden. Darüber hinaus steht selbst eine lerkömmliche integrierte Stahlaufbereitungsanlage vor dem verstärkten Druck, schwefelarmen Stahl zu produzieren.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine Stahlschmelze rasch entkohlt sowie gleichzeitig asch und effektiv entschwefelt werden kann, bei ausgezeichneter Kohlenstoff-Endpunktgenauigkeit und unter weitgehender /ermeidung gesteigerter Verschüttungsgefahr. Das Verfahren soll ausreichend Wärme erzeugen, um das Schmelzen von Schrottzuschlägen zu ermöglichen, eine gute Desoxydation und Entgasung der Stahlschmelze gewährleisten und mit dem Vgon-Sauerstoff-Entkohlungsverfahren kompatibel sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren hinsichtlich des Einblasmodus und der eingeblasenen Stoffe geeignet auszugestalten.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Stahlherstellung, bei dem eine Stahlschmelze einer Schnellentkohlung bis zu einem liel-Kohlenstoffgehalt unterzogen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Prozeß zusammensetzt aus:

A) Schaffung eines Metallschmelzbades mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 1,0 Ma.-%;

B) Einblasen von Sauerstoff und gemahlenem Kalk in das genannte Bad von oberhalb seiner Oberfläche bei gleichzeitigem Einblasen von Sauerstoff und Inertgas in das Schmelzbad von unterhalb seiner Oberfläche, wobei die Menge des von oben jingeblasenen Sauerstoffes dem 0,5- bis 3fachen der von unten eingeblasenen Sauerstoffmenge entspricht, um die Schmelze zu jntkohlen, bis sie einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,1 Ma.-%, jedoch nicht mehr als 0,5 Ma.-% über dem Ziel- <ohlenstoffgehalt aufweist;

[C) dem anschließenden Unterbrechen des von oben erfolgten Einblasens von Sauerstoff und pulverisiertem Kalk;

!D) dem Einblasen von Sauerstoff und Inertgas in die Schmelze von unterhalb der Schmelzenoberfläche zwecks Entkohlung der Schmelze bis zur Erreichung des Kohlenstoff-Zielgehaltes.

Das Verfahren von oben-zu unten eingeblasenem Sauerstoff während des Schrittes (B) kann auch von 1 bis 2 reichen.

Der Schritt (B) wird beendet, wenn der Kohlenstoffgehalt der Schmelze um 0,2 bis 0,4Ma.-% über dem Ziel-Kohlenstoffgehalt liegt.

Nach Verfahrensschritt (B) wird der Schmelze eine Probe entnommen, um deren Kohlenstoffgehalt zu bestimmen, wobei vom Ergebnis dieser Bestimmung die Dauer von Schritt (D) abhängig gemacht wird.

Die-Stahlschmelze setzt sich.aus Roheisen oder aber aus Roheisen und Stahlschrott zusammen.

Der Schmelze wird zusätzlich zu dem in Schritt (B) zugesetzten Kalk vor dem Schritt (B) weiterer Kalk zugesetzt. Das Verhältnis </on unten eingeblasenem Sauerstoff zu Inertgas in Schritt (D) reicht von 3:1 bis zu 1:9.

Nach Schritt (B) wird die Schlacke vom Bad entfernt und vor Beginn des Schrittes (D) wird zusätzlicher schlackebildender Kalk der Schmelze zugesetzt.

Während der Schritte (B) und (D) werden Sauerstoff und Inertgas mit einer Durchsatzrate und Quantität eingeblasen, welche ausreicht, genügend Absatz zu erzeugen, um Umgebungsluft von der Berührung mit der Schmelze abzuhalten.

Dem Verfahren kann sich mindestens ein Reduktionsschritt anschließen, bei dem inertes Gas von unterhalb der Schmelzenoberfläche in einer Menge sowie einer Rate in die Schmelze eingeblasen wird, welche ausreicht, um genügend Abgas zu erzeugen, um Umgebungsluft von der Berührung mit der Schmelze abzuhalten. Dem Verfahren kann sich ein Endbearbeitungsschritt anschließen, bei dem inertes Gas von unterhalb der Schmelzenoberfläche in einer Menge sowie einer

Rate in die Schmelze eingeblasen wird, welche ausreicht, genügend Abgas zu erzeugen, um Umgebungsluft von der Berührung mit der Schmelze abzuhalten. Das Verfahren wird an sich nach dem AOD-Prozeß durchgeführt.

Das Verhältnis von unten eingeblasenem Sauerstoff zu Inertgas im Schritt (B) reicht von 2:1 bis 5:1.

Die Menge des in Schritt (B) eingeblasenen pulverisierten Kalks entspricht dem etwa 2- bis 5fachen der Menge des in der Stahlschmelze vorliegenden Siliziums.

Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist:

Ein Stahlherstellungsprozeß, bei dem eine Stahlschmelze einer Schnellentkohlung auf einen Ziel-Kohlenstoffgehalt unterzogen wird und dabei eine gute Entschwefelung, Desoxydation und Entgasung erreicht wird, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Prozeß zusammensetzt aus:

(a) der Schaffung eines Metallschmelzbades mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 1,0 Ma.-%;

(b) dem Einblasen von Sauerstoff und gemahlenem Kalk in das genannte Bad von oberhalb seiner Oberfläche bei gleichzeitigem Einblasen von Sauerstoff und Inertgas in das Schmelzbad von unterhalb seiner Oberfläche, wobei die Menge des von oben eingeblasenen Sauerstoffes dem 0,5- bis 3fachen der von unten eingeblasenen Sauerstoffmenge entspricht, um die Schmelze zu entkohlen, bis sie einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,1 Ma.-%, jedoch nicht mehr als 0,5 Ma.-% über dem Ziel-Kohlenstoffgehalt aufweist;

(c) dem anschließenden Unterbrechen des von oben erfolgenden Einblasens von Sauerstoff und pulverisiertem Kalk; und

(d) dem Einblasen von Sauerstoff und Inertgas in die Schmelze von unterhalb der Schmelzenoberfläche zwecks Entkohlung der Schmelze bis zur Erreichung des Kohlenstoff-Zielgehaltes;

(e) dem Zusetzen von mindestens einem Reduzierungsmittel zum Bad; und *

(f) dem Einblasen von Inertgas in die Schmelze von unterhalb der Schmelzenoberfläche in einer Menge und einer Rate, welche ein Vermischen von Schmelze und Schlacke bewirken, wodurch Schwefel von der Schmelze zur Schlacke überführt wird, während ausreichend Abgas erzeugt wird, um die Umgebungsluft im wesentlichen abzuhalten, mit der Schmelze in Berührung zu kommen.

Als Inertgas wird vorteilhaft Argon als Reduktionsmittel vorteilhaft Ferrosilizium oder Aluminium eingesetzt. Das Reduktionsmittel kann auch sowohl Ferrosilizium als auch Aluminium enthalten.

Die Inertgas-Einblasung in die Schmelze kann zusätzlich auch während des Schrittes (E) erfolgen.

Beim Verfahrensschritt (F) wird als Inertgas Argon eingesetzt. Die Inertgas-Einblasung beim Schritt (F) erfolgt mit einer Rate von etwa 16,8 bis 39,2 m³/h (600 bis 1400 Kubikfuß pro Stunde) pro Tonne Schmelze. Die Intergas-Einblasung beim Schritt (F) dauert

etwa 3 bis 5 min. «-

Im Verfahrensschritt (E) wird das Reduktionsmittel dem Bad in einer Menge von bis zu etwa 5 Pfund pro Tonne Schmelze zugesetzt.

Dem Bad kann zusätzlich Kalk in nichtpulverisierter Form in einer Menge zugesetzt werden, die dem 3- bis öfachen der Menge des als Reduktionsmittel zugesetzten Siliziums sowie dem 1- bis 3,5fachen der Menge des in der Schmelze vorliegenden Aluminiums entspricht.

Dieser zusätzliche Kalk wird vor Schritt (D) zugegeben.

Der Begriff „Abgas" meint im vorliegenden Kontext jene Gase, welche während der Entkohlung, Reduktion oder Endbearbeitung der Schmelze von einer Stahlschmelze abgegeben werden.

Der Begriff „Reduzierungsmittel" meint im vorliegenden Kontext ein Material, welches mit metallischen Oxiden reagiert, die während der Entkohlung gebildet werden.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Reduktionsschritt" bezeichnet die Rückgewinnung von während der Entkohlung oxydierten Metallen dadurch, daß der Schmelze ein reduzierender Stoff wie etwa Silizium oder eine siliziumhaltige Ferrolegierung oder Aluminium mit nachfolgendem Durchgasen der Schmelze zwecks Vollendung der Reduktionsreaktion zugesetzt wird.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Einbearbeitungsschritt" bezeichnet finale Einstellungen der Schmelzenchemie durch Zusetzen erforderlichen Materials bei anschließender Durchgasung der Schmelze zwecks Sicherung einer gleichmäßigen Zusammensetzung.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Desoxydation" bezeichnet die Abführung von aufgelöstem Sauerstoff von der Schmelze durch Reaktion mit einem Reduktionsmittel oder einem anderen Element wie etwa Calcium oder Seltenerdemetall oder einem anderen Element wie etwa Calcium oder Seltenerdemetall, wobei es sich bei dem Produkt der Desoxydationsreaktion um ein Oxid handelt, welches in die Schlacke eingebaut wird oder in der Schmelze als nichtmetallischer Einschluß verbleibt.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Entgasung" bezeichnet die Beseitigung von gelösten Gasen aus der Schmelze durch Durchgasung mit Inertgas oder Inertgas und Kohlenmonoxid, welches während der Entkohlung erzeugt wird.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Flüssigmachen" bezeichnet im wesentlichen das Auflösen der festen schlackebildenden Zusätze wie beispielsweise Kalk zu einer flüssigen Schlacke. Der im Kontext gebrauchte Begriff „Roheisen" bezeichnet flüssiges Roheisen mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 1,0Ma.-%.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Kalk" bezeichnet ein festes, hauptsächlich Calciumoxid enthaltendes Material. Es sei ausdrücklich angemerkt, daß ein Feststoff, der ein Gerv.isuh aus vornehmlich Calciumoxid und Magnesiumoxid enthält, für einen Teil oder sogar für den gesamten Kalk eingesetzt werden könnte, dies allerdings dann in etwas veränderten Quantitäten.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Entkohlung" bezeichnet die Oxydation des in der Stahlschmelze aufgelösten Kohlenstoffes unter Bildung von Kohlenmonoxid.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „Bad" bezeichnet den während der Stahlveredelung im Stahlkochgefäß vorhandenen Inhalt, bestehend aus einer Schmelze aus geschmolzenem Stahl und im geschmolzenen Stahl aufgelöstem Material sowie bestehend aus einer Schlacke, welches das nicht in der Stahlschmelze aufgelöste Material enthält.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „von oben eingeblasen".bezeichnet das.Einspritzen Jn ein Bad von oberhalb der Schmelzoberfläche.

Der im Kontext gebrauchte Begriff „von unten eingeblasen" bezeichnet das Einspritzen in ein Bad von unterhalb der Schmelzoberfläche, ist aber nicht auf das Einspritzen durch den Gefäßboden beschränkt. Beispielsweise könnte das Einblasen auch durch die Gefäßwand erfolgen.

Der im Kontext gebrachte Begriff „Argon-Sauerstoff-Entkohlungsprozeß" oder „AOD-Prozeß" bezeichnet ein Verfahren zur Raffinierung von Metallschmelzen und -legierungen, die in einem Raffinierungsgefäß vorliegen, welches mit mindestens einer submers angebrachten Blasform ausgerüstet ist, wobei sich das Verfahren zusammensetzt aus:

a) dem Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gases in die Schmelze über die genannte(n) Blasform(en), wobei das Gas bis zu 90% lus einem Verdünnungsgas besteht und wobei das genannte Verdünnungsgas in dem Sinne wirken kann, daß es den 'artialdruck des Kohlenmonoxids in den während der Entkohlung der Schmelze gebildeten Gasbläschen reduziert, die Einspeisungsrate von Sauerstoff zur Schmelze ohne wesentliche Änderung der eingeblasenen Gesamt-Gasdurchfiußmenge 'erändert und/oder als schützendes Fließmedium dient, und daran anschließend

b) dem Einblasen eines Spülgases in die Schmelze über die genannte(n) Blasform(en), wobei das genannte Spülgas in dem 5inne wirkt, daß es Verunreinigungen aus der Schmelze durch Entgasung, Desoxydation, Verflüchtigung oder durch Flotation ier genannten Verunreinigungen mit anschließender Einschließung oder Reaktion mit der Schlacke beseitigt. Brauchbare /erdünnungsgase sind Argon, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Dampf oder ein Kohlenwasserstoff. Brauchbare Spülgase sind \rgon, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Dampf und Kohlenwasserstoffe. Argon und Stickstoff jnd Kohlendioxid sind die bevorzugten schützenden Fließmedien.

Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren, mit dem es möglich ist, eine Stahlschmelze schnell zu entkohlen, wobei die stahlschmelze gleichzeitig wirksam raffiniert wird und dabei ein qualitativ hochwertiger Stahl erzeugt wird. Das Verfahren combiniert eine wirksame, hochqualitative Bodeneinblas-Prozedurwie etwa den AOD-Prozeß mit einem Einblasen von oben in Ier Weise, daß die Vorteile des Verfahrens erhalten bleiben, während ein gesteigertes Risiko von Verschüttungen, Ungenauigkeit jnd lneffizienz, welches bislang die Schnellentkohlung gekennzeichent hatte, vermieden wird.

Jm die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besser verstehen zu können, sei auf die Nachteile der Schnellentkohlung äingegangen.

/erschütten ist ein Phänomen, bei dem das Stahlbad überfließt oder in anderer Weise nicht vom Stahlkochgefäß gehalten wird. Iu einem Verschütten kann es sowohl in einem Verfahren mit Obeneinblasung als auch in einem Verfahren mit Unteneinblasung commen. Der Mechanismus, der das Verschütten bewirkt, unterscheidet sich allerdings in diesen beiden Situationen. In einem ³rozeß mit Obeneinblasung reagiert SauerstQff zunächst mit der Schlackenphase, bevor es zur Eindringung bis zur Schmelzenoberfläche kommt. Demzufolge werden beträchtliche Mengen an Eisen oxydiert. Dies auf Grund der Tatsache, daß Sauerstoff auf die Oberfläche des Bades aufgeblasen wird und somit mit kohlenstofferschöpftem Eisen reagiert, wodurch lauptsächlich Eisenoxid gebildet wird. Zum Verschütten kommt es typischerweise etwa zur Mitte des Sauerstoffeinblasens, wenn die Kohlenmonoxidvolution am höchsten und die Schlacke überoxydiert ist. An diesem Punkt kommt es zu einer Expansion der Schlacke-Metall-Emulsion, worauf diese den Gefäß-Freirand füllt und damit überlaufen kann. In einem Prozeß mit Jnteneinblasung reagiert der Sauerstoff zunächst mit Metall, wodurch hauptsächlich Eisenoxid gebildet wird. Mit dem Aufsteigen der Gasblase durch das Bad wird das Eisenoxid allmählich durch den Kohlenstoff im Bad reduziert, bevor es die Schlackenphase erreicht. Demzufolge sind die Eisenoxidgehalte der Schlacke gering, und es ist schwierig, mengenmäßig große <alkzusätze zu verflüssigen, ohne daß die Sauerstoffeinblasung sehr weit fortgeschritten ist. Wird aber keine frühzeitig flüssige Schlacke erreicht, so kommt es zu einer stark gesteigerten Menge an Metallverspritzung und-verspratzung. Des weiteren hindert das Fehlen einer frühzeitig flüssigen Schlacke wichtige Schlacke/Metall-Reaktionen wie etwa die Dephosphorisierung. Um in äinem Prozeß mit Unteneinblasung eine frühzeitig flüssige Schlacke zu erzielen, ist es erforderlich, gemahlen Kalk mit dem Sauerstoff einzublasen. Ein derartiges Vorgehen ist jedoch kompliziert und kostenaufwendig. Zum Verschütten kommt es umso 3her, je rascher sich die Entkohlung vollzieht, was auf die höhere Rate der Sauerstoffeinblasung zurückzuführen ist, die zu ebhafteren Oxydationsreaktionen führt.

3as Zusetzen von pulverisiertem Kalk zur Schmelze von oben, verbunden mit den Verdünnungswirkungen von Intertgas wie Jem als schütendes Fließmedium mit dem submersen Sauerstoff eingeführten Stickstoff und Argon vermeidet das gesteigerte /erschüttungsrisiko selbst bei rasch ablaufender Entkohlung. Die Verdünnungsgase reduzieren oder minimieren die Eisenoxidbildung und verhüten auf diese Weise die Bildung einer aus dem Gefäß überlaufenden Emulsion. Der Kalk dient der Erzeugung einer frühzeitig fließenden Schlacke, womit das Risiko des Verspritzens und Spratzens von Metall auf Grund des von jnten eingeblasenen Sauerstoffs vermindert wird. Ein weiterer Vorteil wird wahrgenommen, wenn es sich bei dem /eredelungsprozeß um den AOD-Prozeß handelt, da der Verdünnungseffekt des Verdünnungsgases in niedrigen Manganoxidaehalten der Schlacke resultiert. Bekanntlich deutet das Vorhandensein von hohen Manganoxidgehalten auf eine /erschüttungsneigung hin.

/on Verfahren mit Unteneinblasung und insbesondere vom AOD-Prozeß ist bekannt, daß sie eine ausgezeichnete Endpunkt- <ohlenstoffkontrolle aufweisen. Verfahren mit Obeneinblasung sind dagegen nicht so akkurat. Ein Teil des von oben singeblasenen Sauerstoffs reagiert mit dem vom Bad abgehenden Kohlenmonoxid, um Kohlendioxid zu bilden. Es besteht Unsicherheit darüber, in welchem Verteilungsverhältnis sich der von oben eingeblasene Sauerstoff genau in jenen aufspaltet, der mit dem Kohlenstoff im Bad reagiert, was wiederum zu einer Ungewißheit hinsichtlich des eigentlichen Kohlenstoffgehaltes des Bades führt. Um dieses Problem zu überwinden, beendet das erfindungsgemäße Verfahren die Sauerstoff-Obeneinblasung dann, wenn der Kohlenstoffgehalt der Schmelze um mindestens 0,1 Ma.-% und vorzugsweise mindestens 0,2Ma.-% über dem Ziel-Kohlenstoffgehalt liegt, aber nicht mehr als 0,5 Ma.-% und vorzugsweise nicht um mehr als 0,4Ma.-% über dem genannten Ziel-Kohlehstoffgehalt. Die Fachleute auf dem Gebiet der Stahlherstellung können anhand ihrer Kenntnis des Anfangs-Kohlenstoffgehaltes der Schmelze sowie der Sauerstoffeinblasungsrate exakt abschätzen, wann das gleichzeitige Einblasen des Sauerstoffs von oben und von unten zu stoppen ist, so daß sich die Schmelze Innerhalb des oben spezifizierten Kohlenstoffbereiches befindet. Von diesem Punkt an wird die Schmelze lediglich durch Unteneinblasungs-Entkohlung zu ihrem Ziel-Kohlenstoffgehalt gebracht, wobei ein Sauerstoff-Inertgas-Verhältnis zu wählen ist, welches konstant sein oder im Bereich von 3:1 bis 1:9 variieren kann.

Eine bequeme und bevorzugte Vorgehensweise besteht darin, den Kohlenstoffgehalt der Schmelze zu bestimmen, nachdem die Sauerstoff-Obeneinblasung gestoppt worden ist. Diese Bestimmung erfolgt vorzugsweise vermittels einer Tauchlanze. Anhand

dieser Bestimmung wird dann der genaue Ziel-Kohlenstoffgehalt festgelegt. - - -

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man die für Prozesse mit Obeneinblasung charakteristische vorteilhafte schnelle Entkohlung nutzen, während gleichzeitig die Nachteile der Obeneinblasung vermieden und darüber hinaus Vorteile der Unteneinblasung genutzt werden. Um diese vorteilhafte Nutzenskombination zu erzielen, sollte der von oben eingeblasene Sauerstoff in einer Rate injiziert werden, welche das 0,5- bis 3fache — vorzugsweise das 1 - bis 2fache — der. Injektionsrate von Unteneinblasungs-Sauerstoff ausmacht. Zur Erzielung der Schnellentkohlung sollte der von oben eingeblasene Sauerstoff in einer Durchsatzmenge von 28 bis 140 Norm-m³/h (1 000 bis 5 000 Norm-Kubikfuß je Stunde, ncfh) pro

Tonne Schmelze — vorzugsweise von 56 bis 84 Norm-m³/h (2000 bis 3000 ncfh) pro Tonne — injiziert werden, und der Unteneinblasungs-Sauerstoff sollte in einer Durchsatzmenge von 28 bis 84 (1 000 bis 3 000)—vorzugsweise 42 bis 70 Norm-M³/h (1 500 bis 2500 ncfh) pro Tonne — injiziert werden. Während jener Zeit, in der der Schmelze Sauerstoff von oberhalb und unterhalb der Schmelzenoberfläche zugeführt wird, sollte das Verhältnis von Unteneinblasungs-Sauerstoff zu Inertgas im Bereich von 2:1 bis 5:1 liegen.

Die Menge des von oberhalb der Schmelzenoberfläche in die Schmelze eingebrachten pulverisiertem Kalkes zwecks Erzielung einer nicht nachteiligen Schnellentkohlung sollte dem etwa 2- bis 5fachen jener Siliziummenge entsprechen, die beim Eintragen der Schmelze in das Veredelungsgefäß in dieser vorhanden ist, vorzugsweise sollte sie das etwa 3,2- bis 4,2fache des vorhandenen Siliziums ausmachen. Der Siliziumgehalt des heißen Metalls kann 0,15 bis 2,5% betragen, typischerweise beträgt er 0,3 bis 1,0%, und üblicherweise beläuft es sich auf 0,4 bis 0,7%.

Es kann sich als wünschenswert erweisen, Kalk in nichtpulverisierter Form, d. h. in Klumpen- oder Grobform zusätzlich zum vermahlenen Kalk dem Bad zuzuführen, um damit zur Produktion von Hochqualitätsstahl beizutragen. Wird dem Bad derartiger nichtpulverisierter Form, d. h. in Klumpen- oder Grobform zusätzlich zum vermahlenen Kalk dem Bad zuzuführen, um damit zur Produktion von Hochqualitätsstahl beizutragen. Wird dem Bad derartiger nichtpulverisierter Kalk zugeführt, so sollte dies in einer Menge erfolgen, die dem 3- bis 5fachen — vorzugsweise dem 4- bis 4,3fachen — der dem Bad als Reduktionsmittel zugesetzten Siliziummenge sowie dem 1- bis3,5fachen — vorzugsweise dem 1,5- bis2,5fachen — der dem Bad zugesetzten Aluminiummenge entspricht. Ein derartiger Zusatz von nichtpulverisiertem Kalk kann in Abhängigkeit von dem gewünschten Qualitätsgrad vor oder nach dem Entkohlungsschritt vorgenommen werden. Die bevorzugte Variante besteht darin, diesen nichtpulverisierten Kalk vor dem abschließenden Entkohlungsschritt zuzusetzen, in welchem ausschließlich Unteneinblasungs-Sauerstoff und Verdünnungsgas injiziert werden.

Der erfindungsgemäße Entkohlungsprozeß ist mit Schritten vereinbar, die unternommen werden können, um zwecks Erzeugung hochqualitativen Stahls eine Wärmebehandlung abzuschließen. Beispielsweise ist das zu einem frühzeitigen Flüssigwerden des Kalkes führende frühe Zusetzen von pulverisierten Kalk dann vorteilhaft, wenn man versucht, Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt zu erzeugen. Desgleichen trägt das Einblasen von Sauerstoff und Inertgas in einer Durchsetzungsgeschwindigkeit und Menge, die genügend Abgase zum Fernhalten von Umgebungsluft von der Berührung mit der Schmelze erzeugt, dazu bei, Stahl mit einem niedrigen Wasserstoffgehalt zu produzieren. Niedrige Kohlenstoffgrade von Stahl können erzeugt werden, indem ein verdünntes Verhältnis von Unteneinblasungs-Sauerstoff zu Inertgas gegen Ende der abschließenden Sauerstoffeinblasung von unten gewählt wird. Dies ist vorteilhaft, weil die Eisen- und Mangan-Oxydation minimiert wird, und es ist des weiteren vorteilhaft deshalb, weil sich die Abgasrate nicht dramatisch vermindert, wodurch eine unerwünschte Aufnahme von Wasserstoff und Stickstoff aus der Atmosphäre vermieden wird. Qualitätsvorteile werden teilweise auch dadurch erzielt, daß die Wärme im Stahlkochgefäß gedrosselt wird, wodurch eine Entschwefelung ermöglicht wird. Die abschließende Sauerstoff-Unteneinblasung auf vorgeschriebenen Kohlenstoffgehalt in Verbindung mit einer Rein-Argon-Durchspülung während der Reduktion ermöglichen die Erzielung niedriger Wasserstoffgehalte. Umgebungsluft kann von einer Berührung der Schmelze dadurch abgehalten werden, daß entweder während eines Reduktions- oder eines Endbearbeitungsschrittes Inertgas in einer Rate in die Schmelze eingeblasen wird, welche genügend Abgase erzeugt. Das Zusetzen von desoxydierenden Mitteln wie etwa Ferrosilizium — erforderlichenfalls gemeinsam mit Kalk — zum Bad nach der Entkohlung sichert die zur Erreichung eines extrem niedrigen Schwefelgehaltes notwendigen basisch reduzierten

Bedingungen. ._ . _.._ —- ~

Ein insbesondere bevorzugter Weg zur Erreichung einer guten Entschwefelung der Stahlschmelze besteht darin, dem Bad Reduktionsmittel zuzusetzen, nachdem die Schmelze auf den Ziel-Kohlenstoffgehalt entkohlt worden ist, wobei das Reduktionsmittel mit Inertgas verrührt wird, um eine Vermischung von Schlacke und Schmelze zu bewirken. Beispiele für Reduktionsmittel sind Silizium, Silizium-Ferrolegierungen, Aluminium und dergleichen. Der Reduktionsstoff kann in jeder beliebigen wirksamen Menge zugesetzt werden, im allgemeinen wird er in einer Menge von bis zu 2,27 kg (5 Pfund) pro Tonne Schmelze — vorzugsweise bis zu 1,36kg (3 Pfund) pro Tonne Schmelze — zugesetzt.

Das inerte Gas wird der Schmelze von unterhalb der Schmelzenoberfläche ineiner Durchsatzmenge eingeblasen, welche ausreichend Abgas erzeugt, um ein Berühren von Umgebungsluft und Schmelze zu verhindern. Vorzugsweise handelt es sich bei dem inerten Gas um Argon. Zusätzlich zum Zusetzen nach dem Einblasen des Reduktionsmittels kann das Inertgas auch während des Einblasens des Reduktionsmittels dem Bad injiziert werden. Vorzugsweise erfolgt die Inertgasinjektion in einer Rate von etwa 16,8 bis 39,2 m³ (600 bis 1400 Kubikfuß) pro Stunde und Tonne Schmelze sowie über eine Zeitspanne von 3 bis 5 min hinweg.

Zwecks Erreichung der Stahlspezifikation können Silizium, Aluminium und dergleichen auch während des Reduktions- und/oder eines Endbearbeitungsschrittes der Schmelze zugesetzt werden. Es ist von Vorteil, das inerte Gas während eines derartigen Endbearbeitungsschrittes in die Schmelze einzublasen, um auf diese Weise einen Rühreffekt unter den Zusätzen hervorzurufen und genügend Abgas zu erzeugen, um unerwünschte Umgebungsluft vom Zusammentreffen mit der Schmelze abzuhalten, wodurch die Wasserstoff- und Stickstoffverunreinigung der Schmelze während des Endbearbeitungsschrittes niedrig gehalten wird.

Ein Teil des zur Erreichung der nicht nachteiligen Schnellentkohlung im erfindungsgemäßen Verfahren erforderlichen Kalks kann dem Bad in Grobform vor Beginn der Entkohlung und vor dem vermahlenen Kalkanteil zugesetztwerden. Diesein Grobformzugesetzte Teilmenge kann bis zu etwa 33% der erforderlichen Menge an pulverisiertem Kalk ausmachen. Der übrige Teil des

erforderlichen Kalkes wird dem Bad als pulverisierter Kalk gemeinsam mit dem obeneingeblasenen Sauerstoff zugeleitet.—

Der erfindungsgemäße Prozeß ist auch mit Verfahren zur Dephosphorisierung einer Schmelze vereinbar. In jenen Fällen, in

denen die Schmelze einen hohen Phosphorgehalt aufweist oder in denen ein niedriger Phosphorgehalt von Bedeutung ist/ kann

die Schlacke nach dem Unterbrechen der Sauerstoff-Obeneinblasung ohne Schwierigkeiten vom Bad entfernt werden. Bekanntlich enthält diese Schlacke den größten Teil des vorliegenden Phosphors. Sodann wird Kalk zugesetzt, um eine neue Schlacke zu bilden, worauf die Schmelze durch die Unteneinblasung von Sauerstoff und Inertgas auf ihren Ziel-Kohlenstoffgehalt entkohlt wird.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel dient der weiteren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und soll die Erfindung nicht eingrenzen.

Vusführungsbeispiel

^:ünfzig Tonnen Rohmetall mit einem Kohlenstoffgehalt von 4,0 Ma.-% und einem Siliziumgehalt von 0,6 Ma.-% werden bei einer "emperaturvon 1143⁰C (2550^cF) einem AOD-Gefäß zugesetzt. Das Ziel besteht darin, das Rohmetall auf einen Ziel-Cohlenstoffgehaltvon 0,08Ma.-% Kohlenstoff zu entkohlen. Es werden 272,4kg (600 Pfund) Kaikzugesetzt, worauf anschließend Sauerstoff in einer Rate von (75000 ncfh) sowie Argon in einer Rate von 700 Norm-m³/h (25000 ncfh) über Jnteneinblasöffnungen in die Schmelze geblasen werden. Gleichzeitig wird Sauerstoff in einer Rate von 4200 Norm-m³/h 150000 ncfh) gemeinsam mit 1135 kg (2500 Pfund) pulverisiertem Kalk über eine Obenzuführungslanze mit gerade verlaufender 5ohrung auf die Badoberfläche aufgeblasen. Dem Roheisen werden neun Tonnen Schrott zugesetzt. Nach 24minütigem iinblasen wird die Sauerstoffzuführung unterbrochen, und eine Kohlenstoffüberprüfung ergibt, daß die Schmelze einen Cohlenstoffgehalt von 0,32 Ma.-% aufweist. Die Unteneinblasung wird erneut gestartet und etwa 3min lang beibehalten, worauf ler Kohlenstoffgehalt den Zielwert erreicht hat und die Schmelze eine Temperatur von 1421⁰C (3050⁰F) aufweist. Das Gefäß wird lochgekippt und mit 136,2 kg (300 Pfund) 75%igem Ferrosilizium beschickt, welche mit Argon bei einer Rate von 1120 Norm-m³/ ι (40000 ncfh) 5min lang eingerührt werden. Das Gefäß wird wieder abgekippt, und nach einer chemischen Analyse werden irforderlichenfalls Legierungszusätze vorgenommen und2min lang mit Argon bei einer Rate von 1120 Norm-m³/h (40000 ncfh) iingerührt. Der Abstich wird bei 1 382°C (2980⁰F) vorgenommen und enthält weniger als 50 ppm Schwefel, 2 ppm Wasserstoff ι nd 50 ppm Stickstoff.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl, bei dem eine Stahlschmelze einer Schnellentkohlung auf einen Ziel-Kohlenstoffgehalt unterzogen wird, gekennzeichnet dadurch, daß

(A) ein Metallschmelzbad mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 1,0 Ma.-% geschaffen wird;

(B) Sauerstoff und gemahlener Kalk in das genannte Bad von oberhalb seiner Oberfläche eingeblasen wird bei gleichzeitigem Einblasen von Sauerstoff und Inertgas in das Schmelzbad von unterhalb seiner Oberfläche, wobei die Menge des von oben eingeblasenen Sauerstoffs dem 0,5- bis 3fachen der von unten eingeblasenen Sauerstoff menge entspricht, um auf diese Weise die Schmelze zu entkohlen, bis sie einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,1 Ma.-%, jedoch nicht mehr als 0,5 Ma.-% über dem Ziel-Kohlenstoffgehalt aufweist;

(C) das von oben erfolgende Einblasen von Sauerstoff und pulverisiertem Kalk anschließend unterbrochen wird;

(D) und Sauerstoff und Inertgas in die Schmelze von unterhalb der Schmelzenoberfläche eingeblasen wird zwecks Entkohlung der Schmelze bis zur Erreichung des Ziel-Kohlenstoffgehaltes.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis von oben- zu unteneingeblasenem Sauerstoff während des Schrittes (B) von 1 bis 2 reicht.
3. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der Schritt (B) beendet wird, wenn der Kohlenstoffgehalt der Schmelze um 0,2 bis 0,4Ma.-% über dem Ziel-Kohlenstoffgehalt liegt.
4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schmelze nach Schritt (B) eine Probe entnommen wird, um deren Kohlenstoffgehalt zu bestimmen, wobei vom Ergebnis dieser Bestimmung die Dauervon Schritt (D) abhängig gemacht wird.
5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Stahlschmelze aus Roheisen zusammensetzt.
6. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß sich die Stahlschmelze aus Roheisen und Stahlschrott zusammensetzt.
7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schmelze zusätzlich zu dem in Schritt (B) zugesetzten Kalk vor jenem Schritt (B) weiterer Kalk zugesetzt wird.
8. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis von unteneingeblasenem Sauerstoff zu Inertgas in Schritt (D) von 3:1 bis 1:9 reicht.
9. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach Schritt (B) die Schlacke vom Bad entfernt und vor Beginn des Schrittes (D) zusätzlicher schlackebildender Kalk der Schmelze zugesetzt wird.
10. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß während der Schritte (B) und (D) Sauerstoff und Inertgas mit einer Durchsatzrate und Quantität eingeblasen werden, welche ausreicht, genügend Abgase zu erzeugen, um Umgebungsluft von der Berührung mit der Schmelze abzuhalten.
11. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich ihm mindestens ein Reduktionsschritt anschließt, bei dem inertes Gas von unterhalb der Schmelzoberfläche in einer Menge sowie einer Rate in die Schmelze eingeblasen wird, welche ausreicht, um genügend Abgas zu erzeugen, um Umgebungsluft von der Berührung mit der Schmelze abzuhalten.
12. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich ihm mindestens ein Endbearbeitungsschritt anschließt, bei dem inertes Gas von unterhalb der Schmelzoberfläche in einer Menge sowie einer Rate in die Schmelze eingeblasen wird, welche ausreicht, genügend Abgas zu erzeugen, um Umgebungsluft von der Berührung mit der Schmelze abzuhalten.
13. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren an sich nach dem AOD-Prozeß durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis von unteneingeblasenem Sauerstoff zu Inertgas im Schritt (B) von 2:1 bis 5:1 reicht.
15. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge des in Schritt (B) eingeblasenen pulverisierten Kalks dem etwa 2- bis öfachen der Menge des in der Stahlschmelze vorliegenden Siliziums entspricht.
16. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Inertgas Argon eingesetzt wird.
17. Verfahren zur Herstellung von Stahl, bei dem eine Stahlschmelze einer Schnellentkohlung auf einen Ziel-Kohlenstoffgehalt unterzogen wird und dabei einer guten Entschwefelung, Desoxydation und Entgasung unterliegt, gekennzeichnet dadurch, daß

(A) ein Metallschmelzbad mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 1,0 Ma.-% geschaffen wird;

(B) Sauerstoff und pulverisierter Kalk in das genannte Bad von oberhalb seiner Oberfläche eingeblasen wird bei gleichzeitigem Einblasen von Sauerstoff und Inertgas in das Schmelzbad von unterhalb seiner Oberfläche, wobei die Menge des von oben eingeblasenen Sauerstoffes dem 0,5- bis 3fachen der von unten eingeblasenen Sauerstoff menge entspricht, um die Schmelze zu entkohlen, bis sie einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,1 Ma.-%, jedoch nicht mehr als 0,5 Ma.-% über dem Ziel-Kohlenstoffgehalt aufweist;

(C) das von oben erfolgende Einblasen von Sauerstoff und pulverisiertem Kalk anschließend unterbrochen wird;

(D) Sauerstoff und Inertgas in die Schmelze von unterhalb der Schmelzenoberfläche eingeblasen wird zwecks Entkohlung der Schmelze bis zur Erreichung des Ziel-Kohlenstoffgehaltes;

(E) mindestens ein Reduzierungsmittel zum Bad zugesetzt wird und -

(F) Inertgas in die Schmelze von unterhalb der Schmelzenoberfläche in einer Menge und ein°r rlate eingeblasen wird, welche ein Vermischen von Schmelze und Schlacke bewirken, wodurch Schwefel von der Schmelze zur Schlacke überführt wird, während ausreichend Abgas erzeugt wird, um die Umgebungsluft im wesentlichen abzuhalten, mit der Schmelze in Berührung zu kommen.
18. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß als Reduzierungsmittel Ferrosilizium eingesetzt wird.
19. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß als Reduzierungsmittel Aluminium eingesetzt wird.
20. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß das Reduzierungsmittel sowohl Ferrosilizium als auch Aluminium enthält.
21. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Inertgas-Einblasung in die Schmelze zusätzlich auch während des Schrittes (E) durchgeführt wird.
22. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß als Inertgas bei dem Schritt (F) Argon eingesetzt wird.
23. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Inertgas-Einblasung von Schritt (F) mit einer Rate von etwa 16,8 bis 39,2 m³ (600 bis 1400 Kubikfuß) pro Stunde pro Tonne Schmelze durchgeführt wird.
24. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die Inertgas-Einblasung von Schritt (F) in einem Zeitraum von etwa 3 bis 5min durchgeführt wird.

!5. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß im Schritt (E) das genannte Reduzierungsmittel dem Bad in einer

Menge von bis zu etwa 2,27 kg (5 Pfund) pro Tonne Schmelze zugesetzt wird. !6. Verfahren nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß zum Bad zusätzlich Kalk in nichtpulverisierterForm in einer Menge zugesetzt wird, die dem 3- bis 5fachen der Menge des als Reduzierungsmittel zugesetzten Siliziums sowie dem 1- bis

3,5fachen der Menge des in der Schmelze vorliegenden Aluminiums entspricht. !7. Verfahren nach Punkt 26, gekennzeichnet dadurch, daß der zusätzliche Kalk vor dem Schritt (D) zugegeben wird.