DE19856073A1 - Process for denitrifying molten steel - Google Patents

Process for denitrifying molten steel

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DE19856073A1
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Heinz Holtermann
Friedhelm Wagener
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    • 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
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    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum

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Abstract

The invention relates to a method for reducing the nitrogen content of steel melts. According to said method, the steel melt present in a treatment vessel is impinged upon with hydrogen and is then degassed in vacuo while argon is simultaneously introduced as a circulation gas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Stickstoffgehaltes in Stahlschmelzen.The invention relates to a method for reducing the Nitrogen content in steel melts.

Die Verminderung des Stickstoffgehaltes in Stahlschmelzen gelingt bei bekannten Behandlungsverfahren nur unzureichend. Allgemein ist bekannt, die Gehalte von Sauerstoff und Schwefel in der Stahlschmelze auf möglichst niedrige Werte abzusenken, da diese Elemente bei einer anschließenden Entgasung der Stahlschmelze unter Vakuum sich als oberflächenaktive Elemente an der Phasengrenze Gasblase zur Schmelze anreichern und so einen Teil derjenigen Oberfläche besetzen, an der sich in einem unterstellten reinen System der Phasenübergang vollzieht. Da bei entsprechend hohen Anteilen an Sauerstoff und/oder Schwefel der Anteil der von ihnen besetzten Oberflächenplätze entsprechend groß ist, ist der Übergang von Stickstoff aus der Schmelze in die Gasblase erschwert.The reduction of the nitrogen content in steel melts only succeeds with known treatment methods insufficient. It is generally known the levels of Oxygen and sulfur in the steel melt on as possible lower values, since these elements are at a subsequent degassing of the steel melt under vacuum as surface-active elements at the phase boundary Enrich gas bubble to melt and so a part occupy that surface on which in one assumed pure system of phase transition. Since with correspondingly high proportions of oxygen and / or Sulfur the proportion occupied by them Surface spaces is correspondingly large, is the transition made more difficult by nitrogen from the melt into the gas bubble.

Soweit der Sauerstoffgehalt bekanntermaßen durch Desoxidation, beispielsweise durch Zugabe von C, Mn, Si, Al abgesenkt und der Schwefelgehalt durch eine entsprechende Schlackenbehandlung auf die erforderlichen niedrigen Werte herabgesetzt wird, sind die damit verbundenen Verfahren aufwendig. Trotz dieser Maßnahmen ist es nicht möglich, gewünschte niedrigste Stickstoffgehalte zu erreichen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung des Stickstoffgehaltes in Stahlschmelzen anzugeben, welches bei einem geringeren Aufwand und einer einfachen Verfahrensführung zu einer deutlichen Reduzierung der Stickstoffkonzentration in Stahlschmelzen führt.As far as the oxygen content is known by Deoxidation, for example by adding C, Mn, Si, Al lowered and the sulfur content by a corresponding Slag treatment to the required low levels is degraded, are the related procedures laborious. Despite these measures, it is not possible to achieve the lowest desired nitrogen content. The invention is therefore based on the object Process for reducing the nitrogen content in Specify molten steel, which at a lower Effort and a simple procedure to one significant reduction in nitrogen concentration in Steel melting leads.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.The solution to this problem arises including advantageous refinements and developments of Invention from the content of the claims, which this Description are followed.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß die in einem Behandlungsgefäß befindliche Stahlschmelze mit Wasserstoff beaufschlagt und anschließend bei gleichzeitigem Einbringen von Argon als Spülgas im Vakuum entgast wird. Der eingebrachte Wasserstoff wirkt reduzierend bezüglich der Gehalte von Sauerstoff und Schwefel in der Schmelze durch Bildung von H2O und Schwefelwasserstoff, so daß dadurch das Diffundieren des Stickstoffes in die Gasblase erleichert ist. Nach Abschluß der Behandlung verbleibt somit ein deutlich geringerer Stickstoffanteil in der Schmelze.The basic idea of the invention provides that the molten steel located in a treatment vessel is charged with hydrogen and then degassed in a vacuum while simultaneously introducing argon as a flushing gas. The introduced hydrogen has a reducing effect on the contents of oxygen and sulfur in the melt through the formation of H 2 O and hydrogen sulfide, so that diffusion of the nitrogen into the gas bubble is facilitated. After the treatment has ended, a significantly lower proportion of nitrogen remains in the melt.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird molekularer Wasserstoff in die Stahlschmelze eingebracht.According to an embodiment of the invention molecular hydrogen introduced into the steel melt.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Wasserstoffzufuhr über das Einbringen von Kohlenwasserstoffen, bei deren Zersetzung in der heißen Schmelze der erforderliche Wasserstoff freigesetzt wird, und zwar als atomarer Wasserstoff (H), der bekanntermaßen eine hohe Reaktivität besitzt. Gleichzeitig wirkt dabei auch der Kohlenstoff zusätzlich reduzierend, so daß die Bedingungen für den Stickstoffübergang in die Gasblase weiterhin verbessert sind.According to another embodiment of the invention the hydrogen is supplied by introducing Hydrocarbons, when they decompose in the hot The required hydrogen is released in the melt, namely as atomic hydrogen (H), which is known has a high reactivity. At the same time it works also reducing the carbon, so that the Conditions for nitrogen transfer into the gas bubble are still improved.

Alternativ können auch Wasserstoffverbindungen wie zum Beispiel Ammoniak (NH3) eingebracht werden, bei denen der benötigte Wasserstoff ebenfalls durch die Zersetzung der Verbindungen freigesetzt wird.Alternatively, hydrogen compounds such as ammonia (NH 3 ) can also be introduced, in which the required hydrogen is also released through the decomposition of the compounds.

Nach alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Einbringen von Wasserstoff in die Stahlschmelze unter atmosphärischen oder unter Vakuum-Bedingungen erfolgen.According to alternative embodiments of the invention can the introduction of hydrogen into the molten steel atmospheric or under vacuum conditions.

Soweit das Verfahren in kleineren Gefäßen angewendet wird oder der mit der Verfahrensführung verbundene Temperaturhaushalt der Schmelze dies erfordert, kann nach Ausführungsbeispielen der Erfindung während der Beaufschlagung der Stahlschmelze mit Wasserstoff und/oder auch während der Entgasung im Vakuum ein Aufheizen der Stahlschmelze durchgeführt werden, welches beispielsweise durch Zugabe von Aluminium bewirkt werden kann.As far as the procedure is used in smaller vessels or the one associated with the conduct of the proceedings Temperature balance of the melt this requires, can according to Embodiments of the invention during the Exposure of the steel melt with hydrogen and / or even during degassing in a vacuum, the Steel melt are carried out, which for example can be effected by adding aluminum.

In einer bei der Stahlbehandlung an sich bekannten Weise kann das Einbringen von Wasserstoff entweder über eine auf die Oberfläche der Stahlschmelze gerichtete, in das Behandlungsgefäß eingefahrene Lanze oder über eine in die Stahlschmelze eingetauchte Tauchlanze geschehen oder über im Boden und/oder den Wandungen des Behandlungsgefäßes befindliche Spüleinrichtung.In a manner known per se in steel treatment can the introduction of hydrogen either via a the surface of the molten steel directed into the Treatment vessel retracted lance or via a in the Melted steel immersed lance done or over in the bottom and / or the walls of the treatment vessel located flushing device.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Verfahrensweise anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.The procedure of the invention is based on the following an exemplary embodiment explained.

Im einzelnen wurde ein niedriglegierter C-Stahl behandelt, wobei eine alleinige Beaufschlagung der Schmelze mit NH3 als Wasserstoffverbindung erfolgt. Die Zufuhr an NH3 wurde durch Einblasen über einen im Boden des Behandlungsgefäßes befindlichen Bodenspülstein vorgenommen, wobei aufgrund des für die Versuchsdurchführung gewählten Gefäßes während der Zufuhr von NH3 ein Aufheizen der Schmelze durch Zugabe von Aluminium vorgenommen wurde. In der nachstehenden Tabelle sind die den jeweiligen Behandlungsphasen zuzuordnenden Stickstoffgehalte angegeben:In detail, a low-alloy carbon steel was treated, with NH 3 as the hydrogen compound being applied to the melt alone. The supply of NH 3 was carried out by blowing in through a floor sink located in the bottom of the treatment vessel, with the melt being heated by the addition of aluminum during the supply of NH 3 due to the vessel selected for carrying out the experiment. The table below shows the nitrogen contents to be assigned to the respective treatment phases:

AnfangsanalyseInitial analysis 55 ppm55 ppm 10 min. Al-Heizen + NH3 10 min. Al heating + NH 3 250 ppm250 ppm 10 min. NH3 10 min. NH 3 1 ppm1 ppm 5 min. Entgasen + Ar5 min. Degassing + Ar 27 ppm27 ppm

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, und der Zusammenfassung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.In the above description, the claims, and the abstract disclosed features of the The subject of these documents can be used individually as well as in any combinations with each other for the Realization of the invention in its various Embodiments are essential.

Claims (12)

1. Verfahren zur Reduzierung des Stickstoffgehaltes in Stahlschmelzen, bei welchem die in einem Behandlungsgefäß befindliche Stahlschmelze mit Wasserstoff beaufschlagt und anschließend bei gleichzeitigem Einbringen von Argon als Spülgas im Vakuum entgast wird.1. Procedure for reducing the nitrogen content in Melting steel, in which the in one Treatment vessel located with molten steel Hydrogen applied and then at simultaneous introduction of argon as a purge gas in Vacuum is degassed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem molekularer Wasserstoff (H2) in die Stahlschmelze eingebracht wird.2. The method according to claim 1, wherein molecular hydrogen (H 2 ) is introduced into the steel melt. 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein Wasserstoffträger in die Stahlschmelze eingebracht wird. 3. The method of claim 1, wherein a Hydrogen carriers introduced into the steel melt will. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem Kohlenwasserstoffe in die Stahlschmelze eingebracht werden.4. The method of claim 3, wherein Hydrocarbons introduced into the steel melt will. 5. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem Wasserstoffverbindungen in die Stahlschmelze eingebracht werden.5. The method of claim 3, wherein Hydrogen compounds in the steel melt be introduced. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Beaufschlagung der Stahlschmelze mit Wasserstoff unter atmosphärischen Bedingungen erfolgt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, at which the application of the molten steel with Hydrogen takes place under atmospheric conditions. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Beaufschlagung der Stahlschmelze mit Wasserstoff unter Vakuum erfolgt.7. The method according to any one of claims 1 to 5, at which the application of the molten steel with Hydrogen takes place under vacuum. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem während der Beaufschlagung der Stahlschmelze mit Wasserstoff ein Aufheizen der Stahlschmelze durchgeführt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, at which during the application of the molten steel the molten steel is heated with hydrogen is carried out. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem während der Entgasung unter Vakuum ein Aufheizen der Stahlschmelze durchgeführt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, at which during the degassing under vacuum Heating the molten steel is carried out. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff mittels einer in das Behandlungsgefäß eingebrachten Lanze auf die Oberfläche der Stahlschmelze aufgeblasen wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized in that hydrogen is introduced into the Treatment vessel introduced lance on the Surface of the molten steel is inflated. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff mittels einer in die Stahlschmelze eingeführten Tauchlanze eingeblasen wird.11. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that hydrogen by means of a in the Molten steel is blown into the immersion lance will. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff über im Boden und/oder den Wandungen des Behandlungsgefäßes befindliche Spüleinrichtungen in die Stahlschmelze eingebracht wird.12. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized that hydrogen is over in the soil and / or the walls of the treatment vessel Flushing devices introduced into the steel melt will.
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