DE2538159C2

DE2538159C2 - Verfahren zum Frischen von Roheisen

Info

Publication number: DE2538159C2
Application number: DE2538159A
Authority: DE
Inventors: Richard James Murrysville Pa. Fruehan
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1974-08-30
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1984-08-09
Also published as: JPS5516206B2; DE2538159A1; JPS5150214A; FR2283229A1; FR2283229B1; IT1041622B; GB1458168A; CA1043571A

Description

b)

geblasen, die im Boden oder in den Seiten des Konvertergefäßes angeordnet sind. Bei dem SIP- oder Q-BOP-Vcrfahrcn wird ein Schutzgas, im allgemeinen ein Kohlenwasserstoff, zur Umhüllung des Sauerstoffstrahlcs verwendet, um den unzumutbar hohen Abbrand zu verringern, der sonst an den Blasformen und in den Sauerstoff-Eintrittsbereichen im Ofen, d. h. im Boden des Q-BOP-Gefäßes, auftreten würde. Einer der bedeutsamsten Vorteile des bodenblasenden Verfahrens gegengeleitet JiVd, zu weichem der Badkohlenstoff- 20 über dem BOP (Basic Oxygen Process)-Verfahren betrehait noch nicht auf 03% abgesenkt ist. um steht darin, daß die bodenblasenden Verfahren das Aus-

... führen einer Inertgasspülung im Schmelzgefäß selbst

gestatten. Außerdem sei unterstrichen, daß das Q-BOP-Verfahren insbesondere eine effektivere und wirkungs-

durchfluß hinreichend lange eingeleitet wird, 25 vollere Entgasung innerhalb einer kürzeren Zeitdauer um den Stickstoffgehalt auf das angestrebte Ni- gestattet, was das Ergebnis der vergleichsweise höheren veau abzusenken, welches weniger als 80% des Gasdurchflußmengen isx, die bei dem in ReJe stehenden Ausgangsstickstoffgehaltes beträgt und daß Verfahren benutzt werden können. Hinsichtlich der

anschließend der Durchfluß des eingeleiteten Wirksamkeit oder des Wirkungsgrades derartiger Rei-Sauerstoffs so gesteigert wird, daß Ro wieder 30 nigungsspülungen sei erwähnt, daß eine theoretische

aus dem eingeleiteten Sauerstoffdurchfluß Ro und dem eingeleiteten Durchfluß anderer Gase Rs bezeichnet und Ro wenigstens 0.8 Rr beträgt und im Bad ein beträchtlich oberhalb des im Fcrtiger/cugnis angestrebten Stickstoffgchaltcs liegender Ausgangssiickstoffgehalt von mehr als 0,002% vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in das Bad ein Inertgas zu einem Zeitpunkt eineinen Spülungsdurchfluß an eingeleitetem Inertgas von wenigstens 0,8 Rtzu erzielen, wobei das Inertgas mit dem genannten Spülungswenigsten- 0,8 Rr beträgt, wobei der gesteigerte Sauerstoffdurchfluß hinreichend lange beibehalten wird, um detr Badkcdlenstoffgehalt auf einen Endkohlenstoffgehalt von weniger als 0,2% abzusenken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas mit dem genannten Spülungsdurchfluß eingeleitet wird, bevor der Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades auf 0,5% vermindert 40 Massenübergang in der flüssigen Pnase kontrolliert worden ist. werden und nicht vollständig innerhalb annehmbarer

Mindestmenge an tivertgas (im allgemeinen Argon) selbstverständlich erforderlich ist, um eine bestimmte Menge Stickstoff zu entfernen. In diesem Zusammenhang sei auf den Aufsatz von Kollman und Preusch in Proceedings of the Electric Furnace Conference of AI-ΜΕ, 196I.Seiten 23 bis42 verwiesen. Beiden gegenwärtigen Produktionsverhältnissen haben sich jedoch vielfach größere Argonmengen als erforderlich herausgestellt, da viele der beteiligten Reaktionen durch einen

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad auf einen Endkohlenstoffgehalt von weniger als 0.1 % gefrischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstickstoffgehalt wenigstens 0,004% beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülungsdurchfluß etwa gleich Rt ist.

Zeitperioden ablaufen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungsverfahren zu schaffen, welches eine Verringerung sowohl der verwendeten Gasmenge als auch der Behandlungsdauer für den Abbau einer bestimmten Stickstoffmenge oder eines bestimmten Stickstoffanteiles gestattet.

Diese Aufgabe wirr¹, durch die im Hauptanspruch enthaltenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Er-

findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung

anhand der Zeichnung. Diese zeigt:

Ein Schaubild, welches die unterschiedliche Stick-

Die Erfindung bezieht sich auf das Frischen von Roh- 55 Stoffabbaugeschwindigkeit bei zwei Stählen untereisen mittels eines der bekannten bodenblasenden schiedlichen Kohlenstoffgehaltes veranschaulicht.
Stahlherstellungsvcrfahren, wie des Bessemer Vcrfah- Gasförmige Verunreinigungen, wie Stickstoff, wer-

rens, des sogenannten SIP-Verfahrens und des söge- den normalerweise durch Spülen des Stahls mit Argon nannten Q-BOP-Verfahrens. Insbesondere betrifft die entfernt. Dabei beruht ein derartiger Stickstoffabbau Erfindung jedoch ein Verfahren zum raschen und wir- ω auf dem Absenken des N₂-Partialdruckes als Folge der

kungsvollen Abbau von Stickstoff im Verlaufe des FH-schens einer Stahlschmelze auf einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,2 und im allgemeinen weniger als 0,1%.

Bei dem am meisten verbreiteten Verfahren zur Herstellung von Blasstahl, dem basischen Sauersioffverfahren, wird Sauerstoff von oben derart durch eine Lanze seblasen. daß der Sauerstoff cine die Schmelze überla-

Verdünnungswirkung des Argons. Wie bereits erwähnt, wird eine solche Spülung üblicherweise nur anschließend an die bis zum angestrebten Endkohlenstoffgchalt durchgeführte Entkohlung vorgenommen. Es ist nun gefunden worden, daß die Geschwindigkeit oder das Maß des Stickstoffabbaues bei hohen Sauerstoffaktivitäten (beispielsweise 500 oder selbst 300 ppm Sauerstoff) durch eine langsame chemische Reaktion auf der Ober-

lache des geschmolzenen Eisens gesteuert wird Demzufolge ist bei derartig hohen Sauerstoffaktivitäten die Schmelzbadoberfläche (Eisenoberfläche) im wesentli-2hen mit einer Schicht aus adsorbiertem Sauerstoff bedeckt, welche die Geschwindigkeit oder das Maß des Stickstoffabbaus beträchtlich verzögert Es ist auch bereits festgestellt worden, daß sich die relative Bedeutung dieses Verzögerungseffektes mit der Sauerstoffaktivität verringert, so daß bei niedrigen Sauerstoffaktivitäten (beispielsweise von weniger als 100 ppm Sauerstoff) das Maß oder die Geschwindigkeit des Stickstoffabbaues insgesamt entweder durch den Massentransport in der flüssigen Phase oder durch die Sättigung des Inertgases beim Gleichgewichts-Stickstoffdruck gesteuert wird. Im letztgenannten Fall (niedrige Sauerstoffaktivität) ist der Massentransport oder -übergang in der flüssigen Phase (liquid phase mass transfer) der vorherrschende Steuerungsfaktor bei relativ hohen Stickstoffgehalten (in der Größenordnung von 0,01% N2), während die Steuerung über die Sättigung bei sehr niedrigen Stickstoffgehalten (weniger als 0,002% Stickstoff) vorherrscht Angesichts dieser Erkenntnisse im Hinblick auf den Verzögerungseffekt des adsorbierten Sauerstoffs ist es leicht verständlich, weshalb das Sauerstoffeinblasen selbst nicht sehr wirkungsvoll im Hinblick auf die Entfernung von Stickstoff aus der Stahlschmelze ist

Da die Sauerstoffaktivität der Kohlenstoffaktivität umgekehrt proportional ist ist ersichtlich, daß die Wirksamkeit der Inertgasspülung beträchtlich dadurch gesteigert werden kann, daß eine derartige Spülung bei vergleichsweise hohen Kohlenstoffgehalten, d. h. bei ICohlenstoffgehalten von mehr als 03% und insbesondere von mehr als 0,5%, vorgenommen wird. Der beträchtliche Nutzeffekt der sich aus einer derartigen Spülung bei höheren Kohlenstoffgehalten ergibt, ist in der Zeichnung mit Hilfe der beiden Kurvenzüge dargestellt. So war beispielsweise eine Argonspülung mit 56 mVmin, die 2 Minuten lang bei einer 30t-Charge ausgeführt wurde, lediglich imstande, den Anfangsstickstoffgehalt von 0,005% auf 0,004% zu verringern. Die erwähnte 3U-Charge war zuvor auf einen Kohlenstoffgehalt von 0,05% gefrischt worden. Wurde jedoch im Gegensatz dazu der gleiche Spülvorgang (flushing rate) bei einer Charge mit vergleichbarer Größe vor demjenigen Zeitpunkt vorgenommen, zu welchem der Kohlenstoffgehalt der Schmelze auf 0,5% verringert war, so wurde der Stickstoffgehalt mit der gleichen 2-minütigen Spülung auf fast 0,001% verringert

Wenngleich sich das erfindungsgemäße Verfahren für alle bodenblasenden Stahlherstellungsverfahren eignet, so werden Art und Weise seiner Durchführung doch nur am Beispiel des Q-BOP-Verfahrens beschrieben. Das anfängliche Verblasen des Roheisens wird in der für das O-BOP-Verfahren üblichen Weise durchgeführt Das bedeutet, daß ein Strahl im wesentlichen reinen Sauerstoffs mit Hilfe von Blasformen in die Schmelze eingebracht wird, wobei die Blasformen im oder in der Nähe des Konverterbodens in der Konverterseitenwand angeordnet sind. Die Verwendung eines derart reinen Sauerstoffs würde normalerweise zu einem extrem schnellen Abbrand sowohl der Blasformen als auch des Bodens selbst führen. Deshalb ist jeder Sauerstoffstrom von einem Umschließungs- oder Kühlgas umgeben, um auf diese Weise die heftige Reaktion zu verlangsamen und dadufch einen verringerten Abbrand oder verringerten Verschleiß zu erzielen. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Umhüllungsgas wird vorzugsweise innerhalb eines kritischen Bereich gehalten, damit der Abbrand langsam und kontrolliert vor sich gehen kann. Somit sind während der anfänglichen Blasperiode grundsätzlich zwei verschiedene Gasdurchsatz- oder Durchflußmengen zu betrachten. Bei diesen Gasdurchflußmengeii ϊ handelt es sich um Ro und um Rp, wobei Ro die in der Zeiteinheit eingeführte Sauerstoffmenge und Rp die in der Zeiteinheit zugeführten Umhüllungsgase, wie Methan, bedeutet Wie der US-Patentschrift 37 06 549 zu entnehmen, auf deren Offenbarung hier ausdrücklich Bezug genommen wird, gilt Ro > Rp. Demzufolge kann die mittlere gesamte in der Zeiteinheit zugeführte Menge Rt als die Summe aus Ro + Rs definiert werden, wobei Rs die in der Zeiteinheit zugeführte Menge aller anderen Gase bezeichnet So kann beispielsweise Rs gleich Rp + R_A sein, wobei Ra die in der Zeiteinheit zugeführte Menge an Argon oder anderen Inertgasen bezeichnet Es ist zu beachten, daß R_T nicht notwendigerweise konstant ist, sondern nur die mittlere in der Zeiteinheit zugeführte Gesamtgasmenge bezeichnet. Es ist jedoch erforderlich, ^innerhalb eines erforderlichen Durchsatz- oder. Durchflußbereiches von etwa 2,1 Nm-Vmin je Tonne Stahl bis etwa 4.5 NmVmin je Tonne zu frischenden Stahls zu halten. Der Mindestdurchfluß ergibt sich aus der Notwendigkeit, in den Blasformen einen ausreichenden Gegendruck aufrechtzuerhalten, um so schmelzflüssiges Material daran zu hindenv, die Austrittsöffnungen der Blasformen zu verstopfen. Wenngleich Durchflußmengen, die höher liegen als das vorstehend angegebene Maximum an sich im Hinblick auf eine Verkürzung der Blaszeit wünschenswert wären, (da dadurch die Produktionskapazität erhöht würde) so hat sich doch herausgestellt, daß Durchflußmengen von beträchtlich mehr als 4,5 NmVmiri je Tonne zu einem unangenehmen Verspritzen oberhalb des Konverters iühren.

Während des Anfangsbereiches des Blasens ist R_A im allgemeinen gleich 0 oder vernachlässigbar, während Ro größer als 0,8 R_T ist Bei einem Stahl, der einen anfänglichen Stickstoffgehalt besitzt, der oberhalb des im fertigen Stahlerzeugnis angestrebten Stickstoffgehakes von > 0,002% und im allgemeinen > 0,004% liegt, wird die Schmelze anschließend mit einem Inertgas wie Argon über eine ausreichende Zeitdauer durchgespült, um den Stickstoffgehalt auf das angestrebte Niveau abzusenken, was in aller Regel unterhalb von 80 und sehr häufig unterhalb 50% des Ausgangsgehaltes liegt

Wenngleich der Spülvorgang zu jedem Zeitpunkt vor dem Absenken des Kohlenstoffgehaltes der Schmelze auf 0,3% in Angriff genommen werden kann, so ist es doch vorzuziehen, diese Spülung erst zu beginnen, nachdem das Verblasen des Siliciums abgeschlossen ist, aber bevor der Kohlenstoffgehalt der Schmelze auf weniger als O,5"/o abgesenkt worden ist. Das Abwarten des Herausfrischens von Silicium ist wichtig, um ein Erreichen aer angestrebten Temperaturen sicherzustellen und das Einleiten des Spülvorganges vor einem Absenken des Kohlenstoffgehaltes der Schmelze auf weniger als 0,5% ist wichtig, um die angestrebte niedrige Sauerstoffaktivität zu erreichen. Die Spülung wird vorzugsweise so vorgenommen, d;3 das Einblasen von Sauerstoff beendet und statt Sauerstoff nunmehr ein Inertgas eingeblasen wird, wodurch Ro auf 0 verringert wird, während Ra etwa gleich Rt wird. Wenngleich weniger erstrebenswert, so ist es jedoch nicht von ausschlaggebender Be-

b5 deutung, daß Ro auf 0 verringert wird. Das Inertgas darf somit einen geringen Sauerstoffgehalt aufweisen, da dieser Sauerstoff sehr rasch zu CO umgewandelt wird, was zu einer wirksamen Gasverweildauer im Bad führt,

in welchem die Sauerstoffaktivität nichts desto weniger ausreichend für den vorliegenden Zweck ist. Demzufolge kann das Spülen innerhalb des erfindungsgemäß betrachteten Bereiches so ausgeführt werden, daß der Spülgasdurchfluß Ra wenigstens 0,8 Rtbeträgt. Wie bereits erwähnt, wird die Spülung hinreichend lange durchgeführt, um den Stickstoffgehalt des Bades auf das angestrebte Niveau abzusenken. In Abhängigkeit sowohl von der Menge des zu entfernenden Stickstoffs als auch von der Größe des Ausdruckes Ra, sind Behändlungsdauern zwischen einer halben Minute bis zwei Minuten im allgemeinen ausreichend. Anschließend wird sodann die Entkohlung oder das Frischen wieder aufgenommen, indem der eingeleitete Sauerstoffdurchfluß so gesteigert wird, daß R_n wieder wenigstens 0,8 Rr aus- r> macht. Dieses wiederaufgenommene Einblasen von Sauerstoff wird fortgesetzt, bis der Badkohlenstoffgehalt auf den angestrebten Endgehalt verringert worden ist,der !!Ti allgemeinen bei wender als ^M % Kohlenstoff liegt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Frischverfahren für bodenblasende Stahlhcrstcllungsvcrfahren zur Herstellung von niedriggekohlten Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,2%. Erfindungsgemäß wird eine Inertgasspülung zu einem intermediären Zeitpunkt des Blasvorganges vorgenommen, wodurch ein rascherer und wirksamerer Stickstoffabbau erzielt wird. Dabei wird die inertgasspülung zu einem Zeitpunkt begonnen, zu welchem der Kohlenstoffgehalt der Schmelze noch mehr als 0,3% und vorzugsweise mehr als 0,5% beträgt. Ist der Stickstoffgehalt auf den angestrebten Endgehalt abgesenkt, so wird das Einblasen von Sauerstoff wieder aufgenommen, um den angestrebten Endkohlenstoffgehalt zu erreichen.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen von Roheisen mit Hilfe eines bodenblasenden Frischverfahrens, bei welchem der Kohlenstoffgehalt des Roheisens durch Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases auf weniger als 0,2% vermindert wird, wobei das Gas mit einem Gesamtdurchfluß Rt innerhalb des erforderlichen

gernde Schlackenschicht durchstößt und in das Schmelzbad eindringt. Ist es erforderlich gasförmige Verunreinigungen, wie Stickstoff, aus einer basisch verblasenen Schmelze zu entfernen, so wird der Stahl aus dem BOP-Ofen in eine Pfanne abgegossen und eine etwa 10 bis 25 Minuten dauernde Spülung mit einem Inertgas vorgenommen. Im Gegensatz dazu wird bei den vorstehend erwähnten bodenblasenden Verfahren der Sauerstoff von einem unterhalb der Schmelzober-

Gesamtdurchfluß Rt innerhalb des

Durchsatzbereiches eingeleitet wird, Rtdie Summe io fläche gelegenen Ort durch Blasformen in den Ofen einli Sffdhflß R d ebla die im Boden oder in den Seiten des Konver