DE2237498A1

DE2237498A1 - Verfahren zum aufsticken von stahlschmelzen

Info

Publication number: DE2237498A1
Application number: DE19722237498
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Fabian; Gustav Dr Ing Mahn
Original assignee: Stahlwerke Pein Salzgitter AG
Current assignee: Stahlwerke Pein Salzgitter AG
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1972-07-31
Publication date: 1974-02-14
Also published as: BE802933A; DE2237498B2; NL7310568A; LU68045A1; IT992669B; ATA621873A; FR2194783B1; FR2194783A1

Description

PATENTANWALT BODE · 4033 HOSEL · POSTFACH 1140 - fcLEFON 02102-61/01 · TELEX 8585166

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Stahlwerke Peine-Salzgitter AQ

3150 Peine

Verfahren zum Aufsticken von Stahlschmelzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufsticken von Stahlschmelzen bei der Stahlerzeugung im Sauerstoffaufblasverfahren, insbesondere für beruhigte Tiefziehgüten und Feinkornbaustähle, bei denen zum Blasen reinster Sauerstoff verwendet wird. . '

Es ist bekannt^ daß der Stickstoffgehalt eines Stahles Einfluß ' auf die mechanischen Eigenschaften hat, und zwar insbesondere auf die Duktilität und die Zugfestigkeit des Stahles. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei Anwesenheit von Stickstoff inr der Stahlgrundmasse schwer lösliche Metallnitride in feinverteilter Form ausgeschieden werden, die als Kristallisationskeime wirken, so daß der Stahl eine besonders feinkörnige Kristallstruktur erhält. Als Metalinitride kommen beispielsweise die Nitride der Metalle Aluminium,'Beryllium, Niob, Titan, Zirkonium oder Vanadium in Frage. Diese Metalle sind entweder bereits im eingesetzten Roheisen vorhanden oder werden erforderlichenfalls der Stahlschmelze aulegiert.

Zur gewünschten Anhebung des Stickstoffgehiltes von Stahlschmelzen ist es nach dem Stande der Technik bekennt, den Stickstoff der Stahlschmelze nach dem Frischen direkt zuzuführen. Weiterhin ist es bekannt, dem Stahlbad den Stickstoff indirekt zuzuführen, indem der Stickstoff der Stahlschmelze in Form von etickatoffabgebenden Zuschlagstoffen oder euch als G*· zugesetzt wird.

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In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels einer Lanze stickstoffabgebende Verbindungen in den Bereich zwischen der Schlackendecke und der Stahlbadoberfläche eingeblasen werden, wobei Stickstoff als Trägergas für die stickstoffabgebenden Verbindungen verwendet werden kann· 'Die indirekten Verfahren zum Aufsticken von Stahlschmelzen haben den Nachteil, daß wegen des geringen Stoffumsatzes verhältnismäßig lange Behandlungszeiten erforderlich sind*

Bei den direkten Verfahren, bei denen reines Stickstoffgas mittels einer in das Stahlbad eintauchenden Lanze oder von unten in das Stahlbad eingeblasen wird, ist der Stoffumsatζ an Stickstoff ebenfalls verhältnismäßig gering, weil sich der Stickstoff gegenüber der Stahlschmelze weitestgehend inert verhält. Um den Stickstoffumsatz bei diesem Verfahren zu intensivieren, ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, besonders tief in das Metallbad eintauchende Lanzen zu verwenden oder das Stickstoffgas in Form von besonders zahlreichen Bläschen durch eine poröse Platte in das Stahlbad einzubringen, um die Verweilzeit des Gases in der Schmelze zu verlängern bzw. die Berührungsfläche zwischen Gas und Schmelze zu vergrößern. Diese Maßnahmen können die Behändlungszeit zwar verkürzen» verursachen jedoch einen erheblichen apparativen Aufwand.

Nach dem Stande der Technik ist es auch' bekannt, beim Windfrischverfahren das Aufsticken der Stahlschmelze mit dem Friechprozess su koordinieren. In diesem Zusammenhang ist vorgeschlagen worden, den Endstickstoffgehalt durch Oberblasen der Charge auf den erforderlichen Wert anzuheben, wobei Luft all Frischmittel verwendet wird. Weiterhin ist bei Verwendung eines bodenblasenden Konverters bereits vorgeschlagen worden, der Schmelze mittels eines Gebläses während des gesamten Frischprpzesses ein Sauerstoff-Stickstoff gemisch alt Frisch»itte1 zuzuführen, dessen Stickstoffgehalt 10 - 30 % beträgt* Die beiden zuletzt genannten Verfahren habenden Nachteil» daft der Stickstoff während des

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gesamten Frischprozesses anwesend ist, wodurch der.Frischprozess selbst beeinträchtigt werden kann. Weiterhin ist bei diesen Verfahren die insgesamt zugeführte Stickstoffmenge von der Länge des Frischprozesses abhängig, die von Charge zu Charge verschieden sein kann, so daß eine gezielte Einstellung des gewünschten Stxckstoffendgehaltes nur schlecht möglich ist. Beim Windfrischverfahren, insbesondere beim Windfrischverfahren mit Sauerstoffanreicherung, ist außerdem der StoffUmsatz an Stickstoff verhältnismäßig gering, da sjLch an den Oberflächen der Blasen des Frischmittels nach kürzester Zeit ein Oxidfilm bildet, der den Obergang des Stickstoffes in die Stahlschmelze verhindert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufsticken von Stahlschmelzen bei der Stahlherstellung im Sauerstoff auf blasverfahren zu Schaffen, das eine gezielte Einstellung des Stickstoffendgehaltes der Stahlschmelze mit großer Genauigkeit zuläßt und bei dem weder zusätzliche Behandlungsaggregate noch zusätzliche Behandlungszeiten benötigt werden.

Bei dem in einem Blasstahlbetrieb üblichen Erzeugungsprogramm, das mit einem laufenden Wechsel zwischen unberuhigten und beruhigten Qualitäten verbunden ist, müßte die Sauerstoffanlage für die unberuhigten Qualitäten Sauerstoff mit hohem Reinheitsgrad und für die beruhigten Qualitäten Sauerstoff mit niedrigem Reinheitsgrad erzeugen. Bei jedem Wechsel wäre also eine aufwendige Umstellung der Sauerstoffanlage erforderlich. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, das Verfahren zum Aufsticken der Stahlschmelze unter Verwendung einer Sauerstoffanlage durchzuführen, die ständig reinsten Sauerstoff liefert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufsticken von Stahlschmelzen bei der Stahlherstellung im Sauerstoffaufblasverfahren, insbesondere für beruhigte Tiefziehgüten und Feinkornbaustähle, bei denen zum Blasen reinster Sauerstoff verwendet wird, wobei sich dieses Verfahren dadurch kennzeichnet, daß dem

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beim Blasen verwendeten Sauerstoff während des letzten Zeitabschnittes des Blasprozesses bis zu 6 % Stickstoffgas (N₂) beigemischt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß außer einem Druckbehälter für das Stickstoffgas und den zugehörigen Zumischarmaturen keine zusätzlichen Behandlungsaggregate benötigt werden. Infolgedessen entfallen auch jedwede Umrüstarbeiten, wenn in einem Konverter nacheinander Chargen mit und ohne Aufstickung gefahren werden sollen. Da das Aufsticken während des Frischprozesses gegen Ende desselben erfolgt, sind zusätzliche Behandlungszeiten ebenfalls nicht erforderlich. Wie festgestellt werden konnte, verläuft der Stoffumsatz an Stickstoff nach einer stetigen Funktion in Abhängigkeit von der zugemischten Stickstoffmenge und der Zumischzeit, so daß durch eine entsprechende Veränderung der zugemischten Stickstoffmenge und/oder der Zumischzeit eine gezielte Einstellung des gewünschten Stickstoffendgehaltes möglich ist. Der StoffUmsatz an Stickstoff ist beim Verfahren gemäß der Erfindung überraschenderweise äußerst hoch. Dies ist, wie entsprechende Untersuchungen ergeben haben, mit größter Wahrscheinlichkeit darauf zurückzuführen, daß beim Verfahren gemäß der Erfindung der Stickstoff im Bereich des Brennfleckes mit der Oberfläche der Stahlschmelze in Berührung kommt, wo infolge der Reaktion des Sauerstoffes mit der Stahlschmelze äußerst hohe Temperaturen herrschen und sich infolge der strömungsmechanischen Auswirkungen des Blasstrahles keine den Stoffumsatz behindernden Oxidfilme ausbilden können* Der Stoffumsatz an Stickstoff liegt, wie festgestellt werden konnte, in etwa in der gleichen Größenordnung wie der des Sauerstoffes.

Das Beimischen des Stickstoffgases (N₂) erfolgt vorzugsweise während des letzten Drittels des Blasprozesses, wobei während dieses oder eines Teiles dieses Zeitabschnittes der Abstand zwischen der Blasmündung.der Blaslanze und der Badoberfläche verkleinert wird. Bei dieser Verfahrensweise haben sich die

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besten Ergebnisse erzielen lassen.

Das Beimischen des Stickstoffgases (N₂) erfolgt zweckmäßig in oder vor der Blaslanze.

Im folgenden wird das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert:

Bei der Stahlherstellung im LD-Verfahren wurde bei insgesamt sieben Schmelzen der Reinheitsgrad des Blassauerstoffes während der letzten Minuten des Blasprozesses von 99*6 % bis auf 94,6 % durch Zumischen von Stickstoffgas erniedrigt* Ablaufdiagramme der einzelnen Chargen sind in Fig. 1-7 dargestellt. Aus diesen Diagrammen gehen die eingesetzten Mengen an Roheisen, Schrott und CaF«» die Zeiten und Mengen der Sauerstoffzufuhr, Stickstof fzufuhr} Erzzuschläge und Kalkzuschläge sowie die während der einzelnen Zeitabschnitte/verwendeten Lanzenabständer hervor. Die Zeiten und Mengen sowie die Aufstickungsergebnisse der einzelnen Schmelzen sind in der Tabelle I zusammengestellt, die Angaben über die Art der jeweils verwendeten Lanzen, die Gesamtblaszeit» die Blaszeit mit N₂-Zusatz» die pro Zeiteinheit zugesetzten Stickstoffmengen, die insgesamt zugesetzten Stickstoffmengen, den Reinheitsgrad des Sauerstoffes während des Zumischens von N₂, den Stickstoffgehalt im eingesetzten Roheisen und den Stickstoffgehalt im aufgestickten Stahl enthält. Wie aus den letzten beiden Spalten der Tabelle ersichtlich ist, erfolgt beim Verfahren gemäß der Erfindung eine beträchtliche Aufstickung des Stahls.

Weiterhin wurde in Versuchen die Abhängigkeit des Stickstoffendgehaltes von der Blaszeit mit stickstoffhaltigem Sauerstoff vor Blasende sowie vom Stickstoffgehalt des vor Blasende verwendeten Sauerstoff-Stickstoffgemisches ermittelt. Das Ergebnis . dieser Versuche ist in Fig. 8 grafisch dargestellt. Wie aus den beiden in Fig. 8 dargestellten Kurven hervorgeht, nimmt der '

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Stickstoffendgehalt über die Blasezeit mit stickstoffhaltigem Sauerstoff vor Blasende stetig zu, wobei die Kurven mit zunehmender Blasezeit allmählich abflachen, was auf eine Annäherung an ein Sättigungsgleichgewicht schließen läßt. Erwartungsgemäß nimmt der Stickstoffendgehalt auch mit steigendem Stickstoffgehalt in dem gegen Blasende verwendeten Gemisch zu. Die Streuung der Werte des Stickstoffendgehaltes liegt beim Verfahren gemäß der Erfindung etwa bei 0,001 %, so daß eine gezielte Einstellung des Stickstoffendgehaltes mit hinreichender Genauigkeit möglich ist.

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Claims

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1. Verfahren zum Aufsticken von Stahlschmelzen bei der Stahlherstellung im Sauerstoffaufblasverfahren, insbesondere für beruhigte Tiefziehgüten und Feinkornbaustähle, bei denen zum Blasen reinster Sauerstoff verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem beim Blasen verwendeten Sauerstoff während des letzten Zeitabschnittes des Blasprozesses bis zu 6 % Stickstoffgas (N₂) beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze i chnet, daß das Beimischen des Stickstoffgases (N₂) während des letzten Drittels des Blasprozesses erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Beimischens des Stickstoffgases (N₂) der Abstand zwischen der Blasmündung der Blaslanze und der Badoberfläche verkleinert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß während eines Teiles des Zeitabschnittes des Beimischens des Stickstoffgases (N.) der Abstand zwischen der Blasmündung der Blaslanze und der Badoberfläche verkleinert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beimischen des Stickstoffgases (N₂) in der Blaslanze erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - U, dadurch gekennzeichnet, daß das Beimischen des Stickstoffgases (N„) vor der Blaslanze erfolgt.

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