DE19650498C2 - Verfahren zum Vakuumbehandeln von Stahlschmelzen - Google Patents

Verfahren zum Vakuumbehandeln von Stahlschmelzen

Info

Publication number
DE19650498C2
DE19650498C2 DE19650498A DE19650498A DE19650498C2 DE 19650498 C2 DE19650498 C2 DE 19650498C2 DE 19650498 A DE19650498 A DE 19650498A DE 19650498 A DE19650498 A DE 19650498A DE 19650498 C2 DE19650498 C2 DE 19650498C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
melt
aluminum
ppm
oxygen
mbar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19650498A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19650498A1 (de
Inventor
Gerd Dipl Ing Stolte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vacmetal Gesellschaft fuer Vakuum Metallurgie mbH
Original Assignee
Vacmetal Gesellschaft fuer Vakuum Metallurgie mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacmetal Gesellschaft fuer Vakuum Metallurgie mbH filed Critical Vacmetal Gesellschaft fuer Vakuum Metallurgie mbH
Priority to DE19650498A priority Critical patent/DE19650498C2/de
Publication of DE19650498A1 publication Critical patent/DE19650498A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19650498C2 publication Critical patent/DE19650498C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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
    • C21C7/0025—Adding carbon material
    • 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
    • C21C7/06—Deoxidising, e.g. killing
    • 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
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
    • 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
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • 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
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/02—Dephosphorising or desulfurising
    • 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
    • C21C7/005—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using exothermic reaction compositions

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vaku­ umbehandeln von Stahlschmelzen, bei dem der Schmelze Sauerstoff und Wärmeenergie zugeführt wird.
Bei hochwertigen Stählen, beispielsweise Tiefziehstäh­ len, ergibt sich die Notwendigkeit, mit der Endanalyse bestimmte Grenzwerte an Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor nicht zu überschrei­ ten. Das macht es oft erforderlich, das flüssige Roh­ eisen vor dem Frischen in einem Konverter einer Vor­ entschwefelung zu unterwerfen. Um nach dem Frischen und Abstechen die für die notwendige sekundärmetallurgische Behandlung ausreichende Temperaturreserve zu schaffen, müßte die Abstichtemperatur einer 100 t-Pfanne bei über 1700°C liegen. Diese hohe Temperatur erlaubt es aber nicht, ein phosphorreiches Roheisen mit einem Phosphorgehalt von beispielsweise 500 ppm unter einer einzigen Schlacke auf einen Phosphorgehalt von beispielsweise unter 100 ppm, insbesondere unter 50 ppm zu bringen. Für solch niedrige Phosphorgehalte bedarf es zweier Schlacken, was mit einem entsprechenden Zeitaufwand verbunden ist und dazu führen kann, daß sich der Zeittakt einer Stranggießanlage nicht einhalten läßt.
Bei der Erzeugung hochwertiger Stähle im Elektrolicht­ bogenofen ist das Einstellen niedriger Phosphorgehalte zwar etwas einfacher, da unter Inkaufnahme einer Ver­ längerung der Ofenzeit die Möglichkeit besteht, während des Sauerstoffaufblasens die phosphorreiche Schlacke ablaufen zu lassen. Aber hier ergibt sich das Problem, vor der Vakuumbehandlung im Ofen den Kohlenstoffgehalt so einzustellen, daß am Ende der Vakuumbehandlung der gewünschte niedrige Kohlenstoffgehalt auch erreicht wird.
Allzu hohe Abstichtemperaturen lassen sich zwar ver­ meiden, wenn die Schmelze in der Pfanne mittels elek­ trischer Energie aufgeheizt wird. Dies bringt jedoch die Gefahr mit sich, daß die Schmelze beim Aufheizen mittels Lichtbogen zwangsläufig Kohlenstoff und Stickstoff aufnimmt, was im Hinblick auf die Endanalyse und die Notwendigkeit, die Gehalte dieser Begleitelemente zu verringern, außerordentlich nachteilig ist. Hinzu kommt, daß mit sekundärmetallurgisch behandelten Pfan­ nenschmelzen in aller Regel Stranggießanlagen bedient werden, die nach einem bestimmten Zeittakt arbeiten, der den Zeitaufwand für ein Aufheizen nicht verträgt; denn die effektive Aufheizgeschwindigkeit liegt bei nur etwa 4°C/min.
Eine höhere Aufheizgeschwindigkeit läßt sich erreichen, wenn die Schmelze im Wege einer Oxidation exotherm oxidierbarer Stoffe, beispielsweise Aluminium, vor der Vakuumbehandlung an Luft aufgeheizt wird. Das bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß der Schmelze angesichts der desoxidierenden Wirkung des Aluminiums der für ein anschließendes Vakuumentkohlen notwendige Sauerstoff fehlt. Außerdem findet auch beim chemischen Aufheizen eine unerwünschte Stickstoffaufnahme statt.
Beim Einblasen von Entschwefelungsmitteln in die Schmelze, beispielsweise mittels Argon, besteht eben­ falls die Gefahr einer Stickstoffaufnahme dadurch, daß im Bereich der Argonlanze das eingeblasene Argon auf­ strömt und die Schlacke beiseite geblasen und damit für den Luftstickstoff zugänglich wird. Selbst unter Schutzgas findet aufgrund von Turbulenzen zwischen dem Schutzgas und der Luft noch eine Aufstickung statt.
Zum Stand der Technik gehört es auch, die Schmelze in einer Pfanne bei atmosphärischem Druck unter einer üblichen Entphosphorungs- oder Entschwefelungsschlacke zu entphosphoren bzw. zu entschwefeln.
Des weiteren ist es bekannt, Stahlschmelzen im Vakuum zu entsticken; die dabei erreichbaren Entstickungsge­ schwindigkeiten von etwa 3 ppm/min bei einem N2-Gehalt der Schmelze von 50 ppm und mehr sind äußerst gering und führen daher ebenfalls zu Schwierigkeiten mit dem Arbeitstakt einer modernen Stranggießanlage.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es, unabhängig davon, ob der Rohstahl aus dem Sauerstoffblaskonverter oder aus dem Elektrolichtbogenofen stammt, erlaubt, in einem Zuge und innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne, d. h. unter zeitoptimierten Bedingungen hochwertige Stähle, insbesondere Tiefziehstähle, herzustellen, deren Endgehalte an Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor die folgenden Höchstwerte nicht übersteigen und die sich daher für das Stranggießen, insbesondere Dünnbrammengießen, mit fehlerfreier Oberfläche eignen:
30 ppm Kohlenstoff
30 ppm Gesamtsauerstoff
35 ppm Stickstoff
50 ppm Schwefel
100 ppm Phosphor.
Die Lösung dieses Problems besteht in einem Verfahren zum Behandeln von Stahlschmelzen, bei dem die Schmelze unter Einblasen eines Rührgases behandelt, vorwiegend mit Aluminium desoxidiert, sodann mit Kalk abgedeckt, unter Vakuum bei gleichzeitiger Wärme- und Sauerstoff­ zufuhr entkohlt, desoxidiert, entschwefelt sowie nach der Bedingung
entstickt wird, wobei T die Aufheizgeschwindigkeit in °C/min sowie
A = 0,15 bis 0,180
und
B = 70 bis 95
ist. Dabei beträgt B vorzugsweise 75, und bei A = 0,15 sowie B = 92,5 stellen sich optimale Ergebnisse ein.
Die vorerwähnte Formel gilt auch für das Aufheizen unter neutraler Atmosphäre.
In der ersten Behandlungsphase wird erforderlichenfalls eine Entphosphorungsschlacke auf der Schmelze erzeugt. Diese Schlacke kann geringe Mengen von an der Entphosphorung nicht beteiligten oxidischen Stoffen wie Kieselsäure und Magnesiumoxid enthalten, die in Abhängigkeit von der Reihenfolge ihrer Zugabe und den Zugabemengen die Entphosphorungsgeschwindigkeit we­ sentlich erhöhen.
Um die Abstichtemperatur im Hinblick auf eine wirksame Entphosphorung niedrig zu halten, sollte die Schmelze während einer Vorentschwefelung bzw. zu Beginn der Entkohlungsphase chemisch aufgeheizt werden. Dies ge­ schieht vorzugsweise mit Hilfe von Aluminium, das mit­ tels der Schmelze zugeführten, beispielsweise mit Hilfe einer Lanze aufgeblasenen Sauerstoffs in der Schmelze oxidiert wird und die notwendige Wärme liefert.
Für eine wirksame Entschwefelung, die sowohl vor als auch nach der Vakuumentkohlung stattfinden kann, ist die Verwendung einer eutektischen Kalk-Tonerde-Schlacke besonders vorteilhaft, weil die Schlacke bei dieser Zusammensetzung die geringste Viskosität besitzt. Eine nicht unerhebliche Beschleunigung der Entschwefelung ergibt sich, wenn der gegebenenfalls entphosphorten Schmelze eine geringe Menge Sand, beispielsweise 0,5 bis 2,0 kg/t Stahl, zugesetzt wird. Dies kann zusammen mit dem Aufheiz-Aluminium geschehen.
Für den folgenden sekundärmetallurgischen Schritt "Aufheizen und Entkohlen" muß der Schmelze Sauerstoff zugeführt werden. Hierbei wird vorzugsweise mit ver­ hältnismäßig großem Sauerstoffangebot von 8 bis 25 Nm3/t .h und verhältnismäßig geringer Inertgasmenge von 0,010 bis 0,3 Nm3/t.h solange gearbeitet, bis das in der Schmelze gelöste Rest- bzw. zugegebene Aluminium in der Größenordnung von 0,03% bis auf eine Restmenge von ca. 0,01% oxidiert ist. Nach der Al-Oxidation wird die Menge des aufgeblasenen Sauerstoffs auf beispielsweise 4 bis 15 Nm3/t.h und der Lanzenabstand von ca. 1,5 m auf 0,5 bis 1,2 m verringert. Die Kohlenmonoxid-Entwicklung verstärkt sich zunächst und sinkt naturgemäß mit fallendem C-Gehalt der Schmelze. Nach anfänglichem Anstieg sinkt der Druck z. B. von 200 auf 50 mbar. Bei merklich nachlassender CO-Entwicklung wird die Sauerstoff-Zufuhr beendet. Anschließend wird der Druck über die Schmelze auf etwa 1 mbar verringert und die Schmelze mit 0,7 Nm3/t.h Inertgas, beispielsweise Argon, gerührt.
Nach dem Vakuumentkohlen der Schmelze wird diese mit Aluminium desoxidiert und unter Vakuum abermals aufge­ heizt. Während dieses Aufheizens findet eine Feinent­ schwefelung und Entstickung bei einem Arbeitsdruck von vorzugsweise unter 15 mbar statt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde im Sauerstoffkonverter oder Elektrolichtbogenofen ein Stahl mit Analyse:
300 bis 1500 ppm Kohlenstoff
40 bis 500 ppm Schwefel
20 bis 100 ppm Stickstoff
200 bis 800 ppm Sauerstoff
100 bis 500 ppm Silizium
700 bis 2000 ppm Mangan
30 bis 200 ppm Phosphor
erschmolzen und mit einer Temperatur von etwa 1620 bis 1660°C, bezogen auf eine 200 t- bzw. 50 t-Pfanne un­ beruhigt, abgestochen. Das Verfahren ist auch für kleinere und größere Pfanneninhalte geeignet.
Die mit zwei Spülsteinen im Boden ausgestattete Pfanne wurde in eine Vakuumanlage gebracht und dort mit einem Deckel verschlossen, der mit einer Sauerstofflanze, einer Vakuumschleuse sowie einer Vorrichtung zur Pro­ bennahme sowie zur Temperatur- und Sauerstoffmessung ausgerüstet war. Während des Evakuierens auf etwa 130 mbar wurden über die Vakuumschleuse, je nach der kon­ kreten Stahlanalyse, nacheinander in unterschiedlicher Reihenfolge Kalk, Kalkstein und Eisenoxid in einer Menge von 5 bis 20 kg/t auf die Schmelze gegeben.
Zur Beschleunigung der Entphosphorung wurden zusammen mit den Schlackenbildnern je t flüssigen Stahles 3 kg eines Gemischs aus Kieselsäure und Magnesiumoxid in die Vakuumpfanne gegeben. Dies geschah in unterschiedlichen Anteilen und mit unterschiedlichem Ergebnis, wie sich aus den beiden folgenden Tabellen I und II ergibt.
Tabelle I
Die Reihenfolge der Schlackenbestandteile hat folgende Bedeutung:
Der Schmelze muß viel Sauerstoff in Form von Fe2O3 angeboten werden. Um den Phosphor abzubinden, muß Kalk (CaO) zugegeben werden, und Kalkstein (CaCO3) besitzt eine besonders starke Kühlwirkung, da er sich endo­ therm in CaO und CO2 aufspaltet. Eine niedrige Temperatur der Schmelze ist aber Voraussetzung für eine wirksame Entphosphorung. So läuft die Entphosphorung erst richtig ab, wenn die Temperatur der Schmelze unter ca. 1580°C liegt. SiO2 dient als Flußmittel, und MgO soll die Pfannenausmauerung schützen.
Für die Entschwefelung sind Fe2O3 und CaCO3 nicht er­ forderlich, und Kalk bindet den Schwefel besser als CaS ab. Al2O3 dient schließlich zur Verflüssigung des Kalkes im Wege einer Schmelzpunkterniedrigung und einer eutektischen Zusammensetzung der Schlacke.
Tabelle II
Bei einem Vergleich mit einer Abstichentphosphorung unter atmosphärischem Druck zeigte sich, daß die er­ findungsgemäße Vakuumentphosphorung in Anwesenheit von an der Entphosphorungsreaktion nicht beteiligter Kie­ selsäure und Magnesiumoxid etwa 30% weniger Zeit er­ forderte. Das bedeutet, daß bei einem anfänglichen Phosphorgehalt von 136 ppm schon nach 4,5 Minuten 32 ppm Phosphor erreicht waren.
Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Ent­ phosphorung aufgrund des über der Schmelze herrschenden Vakuums von einer nicht unerheblichen CO-Reaktion und einer damit verbundenen Entkohlung begleitet war. Das ist insofern überraschend, als sowohl die Entphosphorung als auch die Entkohlung Sauerstoff verbraucht und daher eher mit einer Beeinträchtigung der Entphosphorung durch eine gleichzeitig ablaufende Entkohlung zu rechnen war.
Die hohe Entphosphorungsgeschwindigkeit des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens erlaubt die Verwendung phos­ phorreicher Einsatzstoffe, ohne daß es dabei unbedingt erforderlich ist, mit Hilfe eines zeitraubenden Schlackenwechsels den Phosphorgehalt auf beispielsweise < 100 ppm abzusenken.
Sobald ein Phosphorgehalt von < 100, vorzugsweise ca. 30 ppm erreicht war, wurde die Schmelze abgeschlackt und eine synthetische Schlacke aus Kalk und Tonerde in einer Menge auf die Badoberfläche gegeben, die eine eutektische und demgemäß äußerst dünnflüssige Kalk-Aluminat- Schlacke ergibt.
Die Entschwefelung kann je nach Anfangsschwefelgehalt in zwei Stufen ablaufen, d. h., vor und/oder nach der Vakuumentkohlung (Vorentschwefelung und Feinentschwe­ felung).
Zur Beschleunigung der Entschwefelung wurde gemeinsam mit dem Aufheizaluminium Sand in einer Menge von z. B. 0,5 kg/t Stahl in die Schmelze gegeben. Nach dem che­ mischen Aufheizen der Schmelze mittels aufgeblasenen Sauerstoffs wurde die Spülgasmenge kurzzeitig von z. B. 0,3 Nm3/t.h auf 0,02 Nm3/t.h Stahl verringert, um eine gleichmäßige Verteilung der Schlacke auf der Bad­ oberfläche zu erreichen. Danach wurde die Spülgasmenge auf 0,7 Nm3/t.h erhöht. Dabei wurden jedoch den Spülsteinen wechselnde Spülgasmengen zugeführt. Auf diese Weise ergab sich trotz der Verwendung einer nahezu neutralen Schlacke, besonders unter Vakuum in Verbindung mit dem chemischen Aufheizen, innerhalb von zehn Minuten eine effektive Entschwefelung auf < 150 ppm Schwefel.
Im Anschluß an diese erste Entschwefelung wurde die Schmelze abgeschlackt. Schlackenbildner wurden zugege­ ben. Danach wurde durch Aufblasen von Sauerstoff das in der Schmelze verbliebene Aluminium oxidiert; durch Zugabe von weiterem Aluminium wurde die Schmelze mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 10°C/min mit Maximal- Werten von 20°C/min nach der erfindungsgemäßen Formel aufgeheizt.
Das Aufheizen geschah bei hohem Sauerstoffangebot von beispielsweise 20 Nm3/t.h und einer Spülgasmenge von beispielsweise 0,1 Nm3/t.h, die gerade eben aus­ reichte, um die in der Auftreffzone des Sauerstoffs entstehende Wärme abzuführen. Nach der Oxidation des Aluminiums wurde die Schmelze zunächst mit Sauerstoff angereichert, bis die Eisenoxidation begann und eine eisenoxidulreiche Kalkaluminatschlacke entstand. Diese sauerstoffreiche Schlacke wurde bewußt angestrebt, um für die Feinentkohlung ein Sauerstoffpolster zu haben. Die aufgeblasene Sauerstoffmenge wurde zu diesem Zeit­ punkt auf ca. 10 Nm3/t.h und gleichzeitig der Lan­ zenabstand von der Badoberfläche von z. B. 140 cm auf etwa 100 cm verringert, um einen hohen Auftreffimpuls des Sauerstoffs auf die Badoberfläche beizubehalten.
Das Aufheizen der Schmelze und der Übergang zur Vaku­ umentkohlung geschah in einem Arbeitsschritt, d. h. die Entkohlung setzte schon während des Aufheizens ein.
Sobald die Kohlenmonoxid-Entwicklung begann, wurde der Druck über der Schmelze von 650 auf 400 und später auf 200 mbar gesenkt. Dies führte im Zusammenwirken mit den in der Schmelze noch vorhandenen und als Keime fungierenden Tonerde-Zusammenballungen zu einer starken Entwicklung von Kohlenmonoxid und demgemäß zu einer entsprechend raschen Entkohlung. Um genügend Keime für das Entstehen von Kohlenmonoxid-Blasen zu schaffen, wurde der Schmelze etwa 1 kg/t Aluminium zugegeben, was etwa 2 kg/t Tonerde ergab. Hierbei heizte sich die Schmelze um ca. 30°C auf.
Nach dem Abklingen der Kohlenmonoxid-Entwicklung wurde die Sauerstoffzufuhr unterbrochen und gleichzeitig der Druck über der Schmelze auf z. B. 1,5 mbar verringert sowie die Spülgasmenge auf bis 0,7 Nm3/t.h erhöht. Auf diese Weise ließ sich eine wesentliche Erhöhung der Entkohlungsgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zum Vakuumentkohlen von Stahlschmelzen erreichen.
Die Schmelze wurde schließlich im Anschluß an das Va­ kuumentkohlen desoxidiert und sodann bei einer Spül­ gasmenge zunächst von ca. 0,1 Nm3/t.h Argon mit Hilfe eines aus der Desoxidation resultierenden Alumi­ niumüberschusses erneut aufgeheizt. Die Argonmenge wurde nach und nach auf 0,9 Nm3/t.h erhöht. Gleichzeitig fanden die Entschwefelung und die Entstickung statt. Diese kombinierte Arbeitsweise hat sich im Vergleich zur Entschwefelung und Entstickung ohne aluminothermisches Aufheizen als vorteilhaft erwiesen.
Der Stickstoffgehalt wurde innerhalb von nur 10 Minuten von 100 ppm auf unter 28 ppm verringert. Diese rasche Entstickung erklärt sich daraus, daß der Sauerstoff in einer Menge auf die Schmelze geblasen wurde, die gerade zur Oxidation des Aluminiums in dem zur Badoberfläche strömenden Teil der Schmelze ausreicht. Die Schmelze reißt bei ihrer Umlaufbewegung in der Pfanne kalkreiche Schlackenteilchen aus der Schlacke mit, die durch die Schmelze zur Badoberfläche zurückströmen und mit der dort entstehenden Tonerde lokal eine hochaktive Entschwefelungsschlacke bilden, die zusammen mit der in der Reaktionszone hohen Temperatur von beispielsweise 1900°C ein rasches Entsticken bewirkt. Der Stickstoff diffundiert dabei in das in der Schmelze aufwärts strömende Argon und gelangt so in den Gasraum über der Schmelze, während sich der Schwefel in der Schlacke anreichert.
Für Güten mit einem bestimmten Endschwefelgehalt bietet sich nach dem Entsticken die Möglichkeit an, einen Teil des Schwefelgehalts der Schlacke dadurch in die Schmelze zurückzubringen, daß die Restmenge des Aluminiums in der Schmelze über das zum Entsticken notwendige Maß hinaus oxidiert wird.
Abschließend wurde die Schmelze legiert und - gegebe­ nenfalls nach einem Einstellen der Gießtemperatur mit Hilfe von artgleichem Kühlschrott - vergossen.
Aufheizen mit Vakuumentkohlung
Eine abgeschlackte Schmelze, deren Oberfläche mit Kalk abgedeckt und deren Temperatur für den nächsten metal­ lurgischen Schritt zu niedrig war, sollte nach der erfindungsgemäßen Formel chemisch aufgeheizt werden. Dazu wurde der Vakuumdeckel eingeschwenkt und auf der Pfanne abgelegt und die Pfanne auf z. B. 550 mbar eva­ kuiert. Zum Aufheizen dienten folgende Energiequellen:
  • a) Das in der Schmelze gelöste Aluminium (für die vorausgegangene Entschwefelungsbehandlung mußte in der Schmelze 0,03% Aluminium gelöst sein).
  • b) Zugegebenes Aluminium um die Aufheiztemperatur zu erreichen.
  • c) Oxidation von Eisen.
Die einzelnen Arbeitsschritte beim chemischen Heizen im Vakuum waren:
  • - Bei einem Druck von 750 mbar begann bei einem Lanzenabstand von 1,6 m das Sauerstoffblasen, wobei teilweise parallel Aluminium zugegeben wurde. Die Sauerstoffmenge wurde von 15 Nm3O2/t. h auf 25 Nm3O2/t.h gesteigert. Die Argon-Menge von 0,03 Nm3/t.h oder 0,01 Nm3/t.h war sehr gering. Eine komplette Homogenisierung der Schmelze oder eine Beschleunigung der Koagulation und Abscheidung der gebildeten Al2O3-Teilchen wurde dabei nicht angestrebt.
  • - Aufgrund der sehr geringen Argonmenge ergab sich die Badbewegung vornehmlich aus dem Auftreffen des Sauerstoffstrahls im oberen Bereich der Schmelze. So wurde vorwiegend der obere Bereich der Schmelze durch das Aluminium aufgeheizt. Da Sauerstoff im Überschuß aufgeblasen wurde, ging er soweit in Lösung, daß es auch zu einer Entkohlung um ca. 0,02 C% kam, bezogen auf die gesamte Schmelze. Außerdem wurde Eisen zu FeO unter Wärmeentwicklung verbrannt. Der obere Teil der Schmelze wurde gezielt überfrischt.
  • - Während des zweiten Arbeitsschritts wurde die Argonmenge erhöht, um die gesamte Schmelze zu durchmischen. Sauerstoffreiche Schmelze gelangte so in den unteren Bereich der Pfanne und reagierte dort mit dem gelösten Aluminium. Da, wie beim ersten Arbeitsschritt, mit Sauerstoff weitergeblasen wurde, trat eine starke Tempera­ turerhöhung der gesamten Schmelze ein, und zwar aufgrund der kombinierten Reaktion des Aluminiums mit dem aufgeblasenen Sauerstoff und Reaktion von gelöstem Aluminium im unteren Teil der Schmelze mit dem gelösten Sauerstoff aus dem oberen Teil der Schmelze. Das dabei entstehende Al2O3 ist für die nachfolgende Vakuumentkohlung wichtig.
  • - Im dritten Arbeitsschritt wurde zunächst mit der Aluminium-Verbrennung weiter Eisen oxidiert und Sauerstoff in der Schmelze gelöst. Danach wurde die Sauerstoffmenge erniedrigt, um dann im vierten Arbeitsschritt mit einer weiteren Druckerniedrigung von 750 bzw. 550 auf 50 mbar, unterstützt durch die in der Schmelze vorhandenen, als Keime für die CO-Bildung wirkenden Al2O3- Teilchen vakuumzuentkohlen.
  • - Im fünften Arbeitsschritt wurde mit einer großen Argonmenge von 0,7 Nm3/t.h gearbeitet. Es hat sich gezeigt, daß sich auch hier die noch in der Schmelze vorhandenen Al2O3-Teilchen aus der Aufheizphase günstig auf die Ent­ kohlungsgeschwindigkeit auswirkten.
    Hierfür wurde folgender formelmäßiger Zusammenhang gefunden:
    K = - 0,1594 + 0,00190 . T - 0,00203 . T2 + 0,00006667 . T3
    Nachteilig auf die Geschwindigkeitskonstante wirkte sich aus, wenn für den dritten und vierten Arbeitsschritt mehr als 5 Minuten erforderlich waren oder die notwendige Temperaturerhöhung zu gering war. Gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Temperaturerhöhung + 30°C oder mehr betrug und mit einer Aufheizgeschwindigkeit größer 15° C/min. vorzugsweise 10°C/min. aufgeheizt wurde.
    (Anmerkung: +30°C entspricht 1 kg Al/t ent­ spricht 2 kg Al2O3/t).
  • - Anschließend wurde die Schmelze desoxidiert und legiert.
Um Zeit zu sparen, kann parallel zur Vakuumentkohlung mittels des Sauerstoff-Blasens Aluminium zugegeben und so die Schmelze gleichzeitig chemisch aufgeheizt werden.

Claims (24)

1. Verfahren zum Behandeln von Stahlschmelzen, bei dem die Schmelze unter Einblasen eines Rührgases behandelt, vorwiegend mit Aluminium desoxidiert, sodann mit Kalk abgedeckt, unter Vakuum bei gleichzeitiger Wärme- und Sauerstoffzufuhr entkohlt, desoxidiert, entschwefelt sowie nach der Bedingung
entstickt wird, wobei T die Aufheizgeschwindigkeit in °C/min sowie
A = 0,15 bis 0,180
und
B = 70 bis 95
ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß B mindestens 75 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß A = 0,15 und B = 92,5 beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Phosphorgehalt über 30 ppm die Schmelze unberuhigt entphosphort wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während des Aufheizens mit Aluminium die desoxidierte Schmelze entschwefelt und gleichzeitig entstickt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen mit Aluminium bei neutraler Atmosphäre und einem niedrigeren Stickstoffpartialdruck geschieht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die desoxidierte Schmelze während des Aufheizens mit Aluminium gleichzeitig entkohlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Aufheizens mit Aluminium die Argon-Menge maximal 0,02 Nm3/t.h beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vor der Va­ kuumentkohlung vorentschwefelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlacke geringe Mengen von an der Entphosphorung und der Entschwefelung nicht beteiligten oxidischen Stoffen zugesetzt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze unter einer eutektischen Kalk-Tonerde-Schlacke behandelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in Anwesenheit einer geringen Menge Sand behandelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mit wechselnden Spülgasmengen behandelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze im Tiefvakuum entstickt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß während des Entstickens im wesentlichen nur in der Schmelze gelöstes Aluminium aus der Entschwefelungsstufe mit gasförmigem Sauerstoff oxidiert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze während der Entschwefelung 5 bis 25 Nm3/t.h Sauerstoff zuge­ führt werden und die Rührgasmenge 0,01 bis 0,9 Nm3/t .h beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Oxidation von in der Schmelze gelöstem Aluminium aus der Ent­ stickungsstufe die Menge des mit der Lanze aufge­ blasenen Sauerstoffs und der Lanzenabstand verrin­ gert werden sowie bei Beginn der Kohlenmonoxid- Entwicklung der Druck über der Schmelze auf 550 bis 50 mbar abgesenkt und beim Nachlassen der Koh­ lenmonoxid-Entwicklung die Sauerstoffzufuhr beendet, der Druck über der Schmelze auf etwa 1 mbar verringert und die Schmelze mit bis 0,7 Nm3/t.h Inertgas gerührt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze 1550 bis 1650°C beträgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine aluminiumreiche Schmelze bei < 10 mbar, vorzugsweise bei 1 mbar, entstickt und aufgeheizt wird:
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze nach der Entphosphorung zunächst mit Aluminium aufgeheizt und anschließend unter Vakuum auf unter 200 ppm, vorzugsweise auf 30 ppm, entkohlt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiger Sauerstoff bei einem Druck unter 750 mbar eingebracht und die Schmelze von einem Kohlenstoffgehalt von 300 bis 1500 ppm auf weniger als 250 ppm entkohlt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze bei einem Druck unter 10 mbar auf unter 30 ppm entkohlt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze bei einem Druck unter 5 mbar auf unter 10 ppm entkohlt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vor der Entkohlung von 0,02 bis 0,2% auf 0,010 bis 0,025% entschwefelt wird.
DE19650498A 1996-09-27 1996-12-05 Verfahren zum Vakuumbehandeln von Stahlschmelzen Expired - Fee Related DE19650498C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19650498A DE19650498C2 (de) 1996-09-27 1996-12-05 Verfahren zum Vakuumbehandeln von Stahlschmelzen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19639795 1996-09-27
DE19650498A DE19650498C2 (de) 1996-09-27 1996-12-05 Verfahren zum Vakuumbehandeln von Stahlschmelzen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19650498A1 DE19650498A1 (de) 1998-04-09
DE19650498C2 true DE19650498C2 (de) 1999-07-01

Family

ID=7807106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19650498A Expired - Fee Related DE19650498C2 (de) 1996-09-27 1996-12-05 Verfahren zum Vakuumbehandeln von Stahlschmelzen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19650498C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2331715B1 (de) 2008-08-04 2016-12-21 Nucor Corporation Billige herstellung von kohlenstoff-, schwefel- und stickstoffarmem stahl unter verwendung herkömmlicher stahlproduktionseinrichtungen

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19860893C1 (de) * 1998-12-31 2001-06-13 Sms Vacmetal Ges Fuer Vacuum M Verfahren und Vorrichtung zum Entsticken von Stahlschmelzen
DE10325955A1 (de) * 2003-06-07 2004-12-23 Sms Demag Ag Verfahren und Anlage zum Erzeugen von Stahlprodukten mit bester Oberflächenqualität
JP5092245B2 (ja) * 2006-02-09 2012-12-05 Ｊｆｅスチール株式会社 溶鋼の脱窒方法
US11047015B2 (en) 2017-08-24 2021-06-29 Nucor Corporation Manufacture of low carbon steel

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4612043A (en) * 1984-03-29 1986-09-16 Pennsylvania Engineering Corporation Steel making method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4612043A (en) * 1984-03-29 1986-09-16 Pennsylvania Engineering Corporation Steel making method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2331715B1 (de) 2008-08-04 2016-12-21 Nucor Corporation Billige herstellung von kohlenstoff-, schwefel- und stickstoffarmem stahl unter verwendung herkömmlicher stahlproduktionseinrichtungen

Also Published As

Publication number Publication date
DE19650498A1 (de) 1998-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1809774A2 (de) HERSTELLUNG VON ROSTFREISTAHL DER FERRITISCHEN STAHLGRUPPE AISI 4xx IN EINEM AOD-KONVERTER
DE19650498C2 (de) Verfahren zum Vakuumbehandeln von Stahlschmelzen
DE3110787C2 (de) Stahl-Herstellungsverfahren
DE1923596C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Stahlerzeugung
DE3318332A1 (de) Verfahren zur herstellung von stahl mit ultraniedrigem phosphorgehalt
DE3204632A1 (de) Verfahren zum frischen von stahl mit einem hohen chromgehalt
DE2602536A1 (de) Verfahren zur herstellung von schwefelarmen blasstahl
DE3434894C2 (de) Verfahren zum Frischen von Roheisen
DE3601337C2 (de)
AT502312B1 (de) Verfahren zur direkten stahllegierung
DE3418643C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines einen niedrigen Phosphorwert aufweisenden Chrom enthaltenden Stahls
DE2803940C2 (de) Verfahren zum Vakuumfrischen hochchromhaltiger Stähle mit äußerst geringen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten
DE2629020C2 (de) Verfahren zum entphosphorn von metallen und legierungen
KR20020018226A (ko) 철손이 저감되는 무방향성 전기강판의 제조방법
DE60001576T2 (de) Verfahren zur entkohlung und entphosphorung einer metallschmelze
DE2803941C2 (de) Verfahren zum Erzeugen von legierten Stählen mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt
DE2559188A1 (de) Verfahren zur entschwefelung von stahlschmelzen
EP1530648B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entkohlung einer stahlschmelze
DE2754512C2 (de) Verfahren zum Herstellen niedriggekohlter, chromreicher Stähle
DE2704108A1 (de) Verfahren zur entphosphorung von geschmolzenem roheisen
DE2644195A1 (de) Verfahren zur entphosphorung von geschmolzenem roheisen
DE19910398C2 (de) Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit niedrigem Schwefelgehalt
DD284697A5 (de) Verfahren zur erzeugung von massenstahl
DE2320165C3 (de) Verfahren zum Frischen von geschmolzenem Metall
DE2646437A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum entschwefeln eines stahlschmelzbades

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8181 Inventor (new situation)

Free format text: STOLTE, GERD, DIPL.-ING., 44229 DORTMUND, DE

8125 Change of the main classification

Ipc: C21C 7/10

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee