DE2910169A1

DE2910169A1 - Verfahren zur verhinderung der rueckphospherung von elektrostahl

Info

Publication number: DE2910169A1
Application number: DE19792910169
Authority: DE
Inventors: Masaru Fukumoto; Mitsunori Funazaki; Yoshiyuki Iwanami
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1978-03-24
Filing date: 1979-03-15
Publication date: 1979-09-27
Also published as: US4214898A; JPS54125115A

Description

Anmelder : The Japan Steel Works, Ltd.

1-2, 1-chome, Yuraku-cho, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Verfahren zur Verhinderung der Riickphospherung von Elektrostahl,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Riickphospherung von beruhigtem Stahl, der in einem basischen Elektroofen erzeugt wird. Spezieller bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Verhinderung des sogenannten Rückphospherungsphänomens, bei dem während der Erzeugung von beruhigtem Stahl in einem basischen Elektroofen ein Teil des in der Oxidationsperiode Oder Frischperiode gebildeten und entfernten Phosphoroxids in der nachfolgenden Deoxidationsperiode reduziert wird, um den PhosphorgehaIt der Schmelze wieder zu erhöhen.

Das herkömmliche Verfahren zur Erzeugung von beruhigtem Stahl in einem Elektroofen umfasst im allgemeinen den Oxidationsverfeinerungsverfahrensschritt, bei dem das in dem Ofen befindliche ge-

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schmolzene Eisen oder die Schmelze durch Hindurchblasen von Sauerstoff abgekohlt und erhitzt wird, den Verfahrensschritt des Abstreifens, in dem die Schlacke von der Schmelze entfernt wird, und den Desoxidations- und Schwefelentfernungsverfahrensschrit1, in dem solche Materialien wie Schlackebildner, Desoxidationsmittel und Ferrolegierungen zur Steuerung der Zusammensetzung zu der Schmelze hinzugegeben werden.

In dem oben beschriebenen Oxidationsverfeinerungsverfahrenssehriif findet Entphosphorung zusammen mit Ibkohlung statt, wie es durch die folgende Formel dargestellt ist:

2P + 50 + nCaO

Es wird allgemein angenommen, dass diese Reaktion günstig fortschreitet, wenn die folgenden Bedingungen eingehalten werden.

(1) Der Sauerstoffgehalt der Schmelze ist hoch.

(2) Die Reaktionstemperatur ist niedrig.

(3) Der CaO-Gehalt der Schlacke ist hoch,

(1) Der P„0₅-Gehalt der Schlacke ist niedrig.

Es ist daher für die Entfernung von Phosphor notwendig, der Schmelze in einem Stadium relativ niedriger Temperatur des Oxidations verfeinerungsVerfahrensschrittes Sauerstoff zuzuführen, während Kalk (ungelöschter Kalk oder Kalkstein) und Flußspat hinzugegeben werden, um die Schlackenbildung des Kalks zu beschleunigen.

Insbesondere dann, wenn ein Elektroofen verwendet wird, um Qualitätsstähle oder Edelstahle zu erzeugen, bei denen die Entfernung von Verunreinigungen wie Schwefel und Sauerstoff notwendig ist , folgt auf den Oxidationsverfeinerungsverfahrensschritt im allgemeinen ein Verfahrensschritt, der zur Desoxidalion und Schwefelentfernung dient, welcher oft als Reduktionsperiode bezeichnet wird. In dieser Periode wird die Schlacke der Oxidationsperlode oder Frischperiode abgestreift, und es werden Materialien wie Des-

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oxidationsmittel und Rchlackebildner hinzugegeben, um die Reduk-1 ionsreaktionen für die Entfernung von Sauerstoff und Schwefel zu bewirken. Wenn daher ein Teil der Schlacke von der Oxidationsperiode in der Reduktionsperiode verbleibt, wird das darin enthaltene Phosphorpentoxid (P₀Op.) reduziert und kann dann das Rückphospherungsphänomen bewirken, durch das der Phosphorgehalt dex^ Schmelze wieder erhöht wird.

Andererseits wird in einem Elektroofen, bei dem Dolomitziegelstein für die Auskleidung verwendet worden ist, das während der Oxidationsperiode in der Auskleidung absorbierte Phosphorpentoxid (P_o0_r) durch Reaktion mit den Desoxidationsmitteln, die während der Reduktionsperiode eingesetzt werden, reduziert, so dass der Phosphorgehalt der Schmelze wieder erhöht wird. Dies trägt auch wenigstens zum Teil zu dem Rückphospherungsphänomeη bei.

Die Gegenmassnahmen, die gegenwärtig zum Zwecke der Verhinderung des oben beschriebenen Rückphospherungsphänomens unternommen werden, bestehen darin, dass eine grosse Menge an Kalk und Flußspat in der Oxidationsperiode verwendet wird, um das Phosphorpentoxid (P₀O,.), das in der Schlacke von der Oxidationsperiode enthalten ist, zu minimalisieren und die Schlacke von der Oxidationsperiode so vollständig wie möglich zu entfernen, bevor die Reduktionsperiode begonnen wird. Es ist jedoch sehr schwierig, mehr als ⁽.)0% der in dem Elektroofen befindlichen Schlacke zu entfernen und es ist unmöglich, die Restschlacke der Oxidationsperiode, die an den Wandoberflächen des Ofenshaftet, vollständig zu entfernen. Es ist daher unvermeidbar, dass ein gewisser Grad der Rückphospherung bei dem herkömmlichen Verfahren auftritt.

Auch wenn die oben beschriebenen Verhinderungsmassnahmen getroffen werden, unterliegen niedrig-legierte Stähle in einem derartigen Mass der Rückphospherung, wie es in Figur 2 angegeben ist. Spezieller gesagt, ist die Grösse der Rückphospherung im Mittel etwa 0,004%. Dieses Phänomen bildet die grosste Schwierigkeif, die bei der Herstellung von phosphorarmen Stählen überwunden werden muss.

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Es ist daher Hauptaufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur im wesentlichen vollständigen Verhinderung des Rüekphospherungsphänomens zu schaffen, von dem bisher angenommen wurde, dass es unvermeidbar bei der Herstellung von beruhigtem Stahl in einem basischen Elektroofen auftritt.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch Schaffung eines Verfahrens zur Verhinderung der Rückphospherung von beruhigtem Stahl, der in einem basischen Elektroofen erzeugt wird, gelöst, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Die Schmelze wird der Oxidationsverfeinerung in dem Elektroofen unterworfen, die entstehende nicht desoxidierte Schmelze und Schlacke werden in eine Pfanne gegossen, die Schlacke von der Oxidationsperiode oder Frischperiode wird vollständig von der Schmelze entfernt und dann wird die Schmelze in der Pfanne desoxidiert.

Die Schlacke von der Oxidations- oder Frischperiode wird entweder durch Abstreifen oder dadurch, dass nur die Schmelze in eine andere Pfanne ausgegossen wird, entfernt.

Durch dieses Verfahren kann das Riickphospherungsphänomen, das dem Anhaften der Restschlacke von der Oxidationsperiode an den Wandoberflächen dps Ofens und/oder dem während der Oxidationsperiode in der Auskleidung absorbierten Phosphorpentoxid (PnOr) zuzuschreiben ist, bis zu einem im wesentlichen vollständigen Grade verhindert werden im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren, bei dem sowohl der Oxidations- als auch der Desoxidationsverfahrensschrift in dem gleichen Elektroofen durchgeführt werden.

Im folgenden wird das Verfahren der Erfindung durch bevorzugte Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein Fliessdiagramm, das das erfindungsgemässe Verfahren zur Verhinderung von Rückphospherung darstellt;

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Figur 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Grosse der Rückphospherung (%) und der relativen Häufigkeit des Auftretens (%) bei dem herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung von Stahl in einem Elektroofen und

Figur 3 eine graphische Darstellung der Änderungen des Phosphorgehaltes in verschiedenen Stadien des erfindungsgemässen Verfahrens.

Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von phosphorarmem, beruhigtem Stahl in einem basischen Elektroofen umfasst vier Verfahrensschritte: das Einschmelzen, das Frischen oder Oxidieren, die Schlackenentfernung und die Reduktion. Wie vorstehend schon ausgeführt wurde, ist an diesem Verfahren ein bestimmter Grad der Riickphospherung beteiligt. Um dieses Rückphospherungsphänomen zu verhindern, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung intensive und ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt und gefunden, dass dieses Problem im wesentlichen dadurch gelöst werden kann, dass zu dem herkömmlichen Verfahren ein weiterer Verfahrensschritt hinzugefügt wird, bei dem die Schmelze in eine Pfanne gegossen wird.

Das bedeutet, dass nach dem Oxidationsverfahrensschritt, dem Frischen, des herkömmlichen Verfahrens die Schmelze und Schlacke, die der Oxidationsverfeinerung unterworfen worden waren, in eine Pfanne gegossen werden,woraufhin der Verfahrensschritt der Schlackeentfernung folgt. Zu diesem Zweck können zwei Verfahren bei der praktischen Durchführung der Erfindung angewendet werden. Das eine dieser beiden Verfahren ist ein Verfahren des Umfallens, bei dem nur die Schmelze durch ein Abstichloch, das am Boden der Pfanne vorgesehen ist, in eine andere Pfanne gegossen wird, und das andere Verfahren ist das Abstreifverfahren, bei dem die Pfanne gekippt wird und die Schlacke mit einem Rührhaken oder Krätzer aus Holz oder Stahl abgestreift wird. Dieses Verfahren ermöglicht, die Schlacke von der Oxidationsperiode (Frischperiode) vollständig von der Schmelze abzutrennen und dadurch das Rückphospherungsphänomen bis zu einem im wesentlichen vollständigen Masse zu verhindern,

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ans sonst bei dem herkömmlichen Verfahren unvermeidbar ist und dem Phosphor, der in der an den Wandoberflächen des Ofens hängenden Restschlacke vorhanden ist, und/oder dem Phosphor, der in der Auskleidung des Ofens absorbiert ist, zuzuschreiben ist.

Andererseits beinhaltet das vorliegende Verfahren einen zusätzlichen Verfahrensschritt, der den Anschein erweckt, dass er andere Probleme der Kostenerhöhung aufgrund eines Anwachsens der erforderlichen Einrichtung und des Labors, eines Wärmeverlustes, der durch das Giessen der Schmelze in eine Pfanne verursacht wird, und dergleichen auferlegt. Solch ein Kostenanstieg ist jedoch unbedeutend im Vergleich zu den Gesamtkosten, und irgendein anderes Problem spielt keine Rolle in Anbetracht der bemerkenswerten Verhinderungswirkung für das Rückphospherungsphänomen.

Das vorliegende Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf das Fliessdiagramm von Figur 1 näher beschrieben.

Im Verfahrensschritt 1 (Verfeinerungs- oder Reinigungsschritt) wird die Charge in einem basischen Elektroofen 1 eingeschmolzen und der Oxidationsverfe,inerung unterworfen. Dieser Verfahrensschritt ist genau der gleiche wie in einem herkömmlichen Reinigungs- oder Verfeinerungsbetrieb, bei dem die Charge eingeschmolzen und die entstehende Schmelze durch Hindurchblasen von Sauerstoff a abgekohlt und erhitzt wird. Im Verfahrensschritt 2 (dem Verfahrensschritt des Ausgiessens) wird die Schmelze, die nun eine vorherbestimmte Temperatur und einen gewünschten Kohlenstoffgehalt besitzt, in eine Pfanne 3 gegossen. Dieser Verfahrensschritt kann auf zwei verschiedene Arten durchgeführt werden. Der eine Schritt besteht darin, dass die ganze Schlacke aus der Oxidationsperiode (Frischperiode) zusammen mit der Schrielze in eine Pfanne gegossen wird. Der andere Verfahrensschritt besteht darin, dass ein Teil der Schlacke von der Oxidationsperiode (Frischperiode) von der sich in dem Elektroofen befindlichen Schmelze abgestreift wird und dann die verbleibende Schlacke von der Oxidationsperiode zusammen mit der Schmelze in eine Pfanne gegossen wird. Der erstere Verfahrensschritt ist Jedoch günstiger bezüglich des geringeren Verlustes an Wärme von

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der Schmelze. Im Verfahrensschritt 3 (Schlackeent fernungsscliri 1 I ) wird die Phosphorpentoxid (P₂ ⁰S^ enthaltende Schlacke von der Oxidationsperiode von der in der Pfanne befindlichen Schmelze entfernt. Für diesen Zweck stehen zwei Verfahren zur Verfügung. Das eine ist das Umfüllverfahren (Verfahrensschritt 3-A), durch das nur die Schmelze durch ein Abstichloch 4, das am Boden der Pfanne 3 vorgesehen ist, in eine andere Pfanne 5 gegossen "wird, und das andere ist das Abstreifverfahren (Verfahrensschritt 3-B) _r bei dem die Pfanne 3 gekippt wird und die Schlacke mit einem Rührhaken oder Krätzer 6 aus Holz oder Stahl abgestreift wird. Das erstere Verfahren, das eine zusätzliche Pfanne erfordert, ist vom Standpunkt der Kosten nachteilig, besitzt jedoch die Vorteile, dass leicht und fast vollständig verhindert werden kann, dass die Schmelze mit der Schlacke aus der Oxidationsperiode verschmutzt wird und dass Materialien wie Schlackebildner, Desoxidationsmifte1 und Ferrolegierungen zur Steuerung der Zusammensetzung während des Umfüllens hinzugegeben werden können, wie es durch einen Pfeil b dargestellt ist. Das letztere Verfahren, bei dem keine zusätzliche Pfanne erforderlich ist, ist bezüglich der Kosten vorteilhaft und bewirkt keine merklichen Wärmeverluste, andererseits besteht jedoch die Neigung, dass einige Schwierigkeiten" bezüglich der vollständigen Entfernung der Schlacke auftreten.

Im Verfahrensschritt 4-A -verden Materialien wie Schlackebildner, Desoxidationsmittel und Ferrolegierungen zur Steuerung der Zusammensetzung zu der vom Verfahrensschritt 3-B herrührenden Schmelze hinzugegeben, wie es durch einen Pfeil b dargestellt ist, und ein inertes Gas c wird durch einen Einlass 8, der an dem Boden der Pfanne vorgesehen ist, in die Schmelze eingeblasen, um die Schmelze umzurühren und dadurch ihre Zusammensetzung und Temperatur gleichmässig zu machen. Wenn die Temperatur der Schmelze niedriger als ein vorherbestimmter Wert ist, sollte ein pfannenartiger Raffinationsofen 7, der mit einer Heizvorrichtung versehen ist, verwendet werden, um die Schmelze zu erhitzen. Im Verfahrensseljritt 4-B wird die vom Verfahrensschritt 3-A herrrührende Schmelze genau der gleichen Behandlung unterworfen, wie sie oben beschrieben wurde.

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Das vorliegende Verfahren, das die im Zusammenhang mit Figur 1 vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte umfasst, ermöglicht es, fast die ganze Schlacke von der Oxidationsperiode zu entfernen und dadurch das Riiekphospherungsphänomen im weseni liehen vollständig zu verhindern.

Figur 2 zeigt die Grosse des Betrages der Rückphospherung (definiert als die Differenz zwischen dem Phosphorgehalt in Prozent am Ende der Oxidationsverfeinerung und dem Phosphorgehalt in Prozent am Ende der Reduktionsverfeinerung), die bei dem herkömmlichen VorCeinerungs- oder Raffinationsverfahren unter Verwendung eines Elektroofens beobachtet wurde. Zum Aufnehmen dieser Daten wurde eine Art von Stahl als Versuchsobjekt gewählt, der besonders nif>dpige Phosphorgehalte erforderlich machte, und der Verhinderung eier Rückphospherung wurde besondere Beachtung geschenkt. Das bedeutet, dass bei der Oxidationsperiode grosso Mengen an Kalk und Flußspat verwendet wurden, um das Phosphorpentoxid (P,,O_r), das in der Schlacke von der Oxidationsperiode enthalten war, zu minima Iisieren. Darüber hinaus wurde die Schlacke von der Oxidationsperiode so vollständig wie möglich entfernt, bevor die Reduktionsperiode begonnen wurde. Trotzdem waren 67 gemessene Werte über einen Bereich von 0,001 bis 0,008 % verstreut, und itir Mittelwert war 0,0038 %.

Figur 3 zeigt die Änderungen des Phosphorgehaltes der Schmelze, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt wurde. Aus diesen Daten ist offensichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren Rückphospherung bis zu einem im wesentlichen vollständigen Grad verhindern kann. Spezieller gesagt, reichte der Phosphorgehalt der Schmelze zur Zeit des Ausgiessens aus dem Elektroofen (was dem Ende der Oxidationsperiode bei dem herkömmlichen Reinigungs- oder Raffinationsverfahren entspricht) von 0,004 bis 0,0OG %, wobei diese Werte auf einem relativ hohen Niveau für dieses Stadium lagen. Jedoch blieb der Phosphorgehalt des Endproduktes innerhalb desselben Bereiches von 0,004 bis 0,006 %, da Rückphospherung bis zu einem im wesentlichen vollständigen Grade verhindert worden war.

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Claims

Patentansprüche .

1. Verfahren zur Verhinderung der Riickphospherung von beruhigtem Stahl, der in einem basischen Elektroofen erzeugt wird ,dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze der Oxidationsverfeinerung in dem Elektroofen unterworfen wird, die entstehende nicht desoxidierte Schmelze und Schlacke in eine Pfanne gegossen wird, die Schlacke der Oxidationsperiode(bzw. der Frischperiode Vollständig von der Schmelze entfernt ■wird und dann die Schmelze in der Pfanne desoxidiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass nur die nicht desoxidierte Schmelze, die sich in der Pfanne befindet, durch ein am Boden der Pfanne befindliches Abstichloch in eine andere Pfanne gegossen und dann darin desoxidiert wird.

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Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Schlacke der Oxidationsperiode (bzw. der Frischperiode) von der in der Pfanne befindlichen nicht desoxidierten Schmelze abgestreift und die verbleibende Schmelze dann darin desoxidiert wird.

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