DE3245098A1

DE3245098A1 - Process for the manufacture of high-grade steels which are premelted in the converter

Info

Publication number: DE3245098A1
Application number: DE19823245098
Authority: DE
Inventors: Friedhelm 4500 Osnabrück Hillebrand; Klaus Dipl.-Ing. 4504 Georgsmarienhütte Schäfer
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1984-06-07
Also published as: DE3245098C2

Abstract

The invention relates to a process for the manufacture of high-grade steels which are premelted in the converter, and has the object of reducing the combustion of iron in the converter, reducing the cost of refractories and to facilitate the metallurgical work to be carried out subsequently in the ladle. According to the invention, the steel is, after the decarburisation, dephosphorised in the converter only to an insignificant extent or not at all and is then poured, at a temperature essentially established after the combustion of the carbon, into the heatable ladle furnace, into which dephosphorising agents are then blown in a manner known per se.

Description

Verfahren zum Herstellen von hochwertigen Stählen, die imProcess for the production of high quality steels, which are im

Konverter vorgeschmolzen werden Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigen Stählen, die im Konverter vorgeschmolzen und in einer vorzugsweisen beheizbaren Pfanne zu Stahl mit hohem Reinheitsgrad weiterverarbeitet werden. Derartige Verfahren sind bekannt und werden insbesondere in Fällen angewendet, in denen es auf sehr niedrige Phosphor-und Schwefelgehalte ankommt.Converters are premelted. The present invention relates on a process for the production of high quality steels that are used in the converter pre-melted and in a preferably heatable ladle to steel with high Degree of purity can be further processed. Such methods are known and will be especially applied in cases where it has very low levels of phosphorus and sulfur arrives.

Nach der Kohlenstoffverbrennung findet bei den bekannten Oxygenverfahren im Konverter bekanntlich eine Verbrennung des Phosphors statt, bei der man bei mittleren Phosphorgehalten des Roheisens Endgehalte von 0,010 bis 0,030 % P erzielt. Für hochwertige Stähle, insbesondere Schmiedestücke, ist es jedoch erforderlich, Phosphorgehalte von 0,005 % und weniger einzustellen, um den heutigen Anforderungen Genüge zu tun. Auch die Anforderungen an die Desoxydation und die Entschwefelung lassen sich im allgemeinen im Konverter dann nicht mehr verwirklichen, wenn Schwefelgehalte von 0,005 % weniger angestrebt und der Sauerstoffgehalt unterhalb von 300 ppm liegen soll. Es ist zwar auch schon bekannt, im Konverter Phosphorgehalte von weniger als 0,005 % einzustellen.After carbon combustion takes place in the known oxygen process As is well known, a combustion of the phosphorus takes place in the converter, in which one with medium Phosphorus content of the pig iron Final contents of 0.010 to 0.030% P achieved. For high quality However, steels, especially forgings, require phosphorus levels of 0.005% and less to meet today's requirements. The requirements for deoxidation and desulfurization can also be set in the generally no longer be realized in the converter if sulfur contents of 0.005% less aimed at and the oxygen content below 300 ppm target. It is already known that phosphorus levels in the converter are less than To set 0.005%.

Dies ist aber nur dann möglich, wenn man mit einem Schlackenwechsel arbeitet, wodurch einerseits der Verfahrensablauf kompliziert wird, und andererseits die Dauer, in welcher infolge der Temperaturerhöhung eine Eisenverbrennung stattfindet, noch zusätzlich verlängert wird. Ein anderer Nachteil des -Schlackenwechselverfahrens ist der wesentlich erhöhte Kalkverbrauch. Schließlich ist es bekannt, durch eine Entphosphorung des Roheisens den Phosphorgehalt zu senken. Diese Verfahren sind aufwendig und auf Fälle begrenzt, daß der flüssige Einsatz des Konverters einem Hochofen entnommen wird.But this is only possible if you start with a slag change works, which on the one hand complicates the process flow, and on the other hand the duration in which iron combustion takes place as a result of the increase in temperature, still is additionally extended. Another disadvantage of the slag change process is the significantly increased consumption of lime. After all, it is known by one Dephosphorization of the pig iron to lower the phosphorus content. These procedures are expensive and limited to cases that the liquid use of the converter a Blast furnace is removed.

Die bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, daß bei der Vorentphosphorung im Konverter im allgemeinen ein hoher Eisenabbrand erfolgt und sich die Konverterschlacke mit FeO anreichert, was wiederum die Gleichgewichtsverhältnisse zwischen dem Phosphorgehalt in der Schlacke und dem Phosphorgehalt im Stahlbad ungünstig beeinflußt. Außerdem findet infolge des Temperaturanstiegs in der Entphosphorungsperiode ein starker Verschleiß des feuerfesten Materials des Konverters insbesondere im Bereich der Schlackenschicht statt.The known processes have the disadvantage that in the pre-dephosphorization In the converter there is generally a high level of iron burn-up and the converter slag enriched with FeO, which in turn the equilibrium ratios between the phosphorus content in the slag and the phosphorus content in the steel bath adversely affected. aside from that takes place due to the temperature rise in the dephosphorization period a strong one Wear of the refractory material of the converter, especially in the area of Slag layer instead.

Bei der nachfolgenden Behandlung des Stahles in der beheizbaren Pfanne (ladle furnace) wirkt sich zusätzlich der Umstand aus, daß man beim Abstich des Konverters nur schwer verhindern kann, daß auch Konverterschlacke in die beheizbare Pfanne gelangt. Diese stark FeO-haltige Schlacke neigt aber zur Rückphosphorung und verzögert daher die weitere Entphosphorung in der Pfanne.During the subsequent treatment of the steel in the heated ladle (ladle furnace) the fact that when tapping the It is difficult for the converter to prevent converter slag from entering the heatable Pan. This slag, which contains a lot of FeO, tends to reverse phosphorus and therefore delays further dephosphorization in the pan.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Herstellungsverfahren für hochwertige Stähle zu schaffen, bei dem einerseits die Eisenverbrennung im Konverter vermindert, also das Ausbringen erhöht werden kann, während der Feuerfestaufwand wesentlich verringert wird und außerdem die in der Pfanne zu leistende metallurgische Arbeit wesentlich erleichtert wird.The object of the present invention is to provide a manufacturing method for high-quality steels, in which, on the one hand, the iron combustion in the converter reduced, so the output can be increased, while the refractory expenditure is significantly reduced and also the metallurgical to be performed in the ladle Work is made much easier.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die technische Lehre gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 - 8 beschrieben.According to the invention, the object is achieved by the technical teaching Claim 1 solved. Preferred embodiments of the method are in the claims 2 - 8.

Bei größeren Konvertern und größeren Abstichgewichten kann es auch genügen, wenn der abgegossene Stahl etwa 10 bis 200 über dem Liquiduspunkt liegt und wenn anschließend die Entphosphorung in der Pfanne nicht intensiv genug einsetzt, um ein Erstarren der Schmelze zu verhindern. Um in jedem Falle eine ausreichende oberhalb des Liquiduspunktes aber in ausreichender Nähe desselben liegende Temperatur des Stahles im Konverter kurz vor dem Abstich zu erreichen, kann eine unerhebliche Phosphorverbrennung im Konverter kurzzeitig durchgeführt werden, bei der eine für die Eisenverbrennung unkritische und das Abgießen ausreichende Temperaturerhöhung erzielt wird. Im allgemeinen liegt die Temperatur des im Konverter nach Beendigung der Kohlenstoffverbrennung befindlichen Stahles bei rund 1600 OC. Im Zuge der Phosphorverbrennung, die zwangsläufig mit einer Eisenverbrennung einhergeht, steigt die Temperatur bei mittleren Phosphorgehalten bis zum Erreichen einer Entphosphorung im Bereich von 0,03 bis 0,10 % auf rund 1700 bis 1750 OC an. Bei derartigen Temperaturen findet bereits eine starke Beeinträchtigung des Feuerfestfutters statt.It can also be used for larger converters and larger tapping weights suffice if the cast steel is about 10 to 200 above the liquidus point and if then the dephosphorization in the pan does not start intensely enough, to prevent the melt from solidifying. To be sufficient in any case temperature above the liquidus point but in sufficient proximity to it Reaching the steel in the converter shortly before tapping can be negligible Phosphorus combustion in the converter can be carried out briefly, with one for the iron combustion uncritical and the pouring sufficient temperature increase is achieved. In general, the temperature of the in the converter is after completion carbon burned steel at around 1600 OC. In the course of the phosphorus combustion, which inevitably goes hand in hand with iron combustion, the temperature rises average phosphorus content until dephosphorization in the range of 0.03 to 0.10% to around 1700 to 1750 OC. At such temperatures takes place the refractory lining is already severely impaired.

Die Entphosphorung in der Pfanne wird dabei vorzugsweise so durchgeführt, daß das Entphosphorungsmittel mit Sauerstoff als Trägergas eingeblasen wird.The dephosphorization in the pan is preferably carried out in such a way that that the dephosphorus is blown with oxygen as a carrier gas.

In dieser Phase bedarf die Pfanne keiner zusätzlichen Beheizung, weil die Entphosphorung bei relativ niedrigen Temperaturen optimaler abläuft als in der Entphosphorungsperiode im Konverter, wo höhere Temperaturen erreicht werden. Eine Gefahr der Abkühlung des Pfanneninhalts besteht im allgemeinen nicht, weil die Entphosphorung genügend exotherm abläuft, so daß der Stahl in jedem Falle flüssig gehalten und ein Einfrieren verhindert wird.In this phase, the pan does not need additional heating because the dephosphorization proceeds more optimally at relatively low temperatures than in the Period of dephosphorization in the converter where higher temperatures are reached. One There is generally no risk of the contents of the pan cooling down because of the dephosphorization sufficiently exothermic so that the steel in liquid in any case and freezing is prevented.

Erst im Zuge der nachfolgenden Vorgänge, die zunächst das Desoxydieren, das Zulegieren und das Entschwefeln betrifft, ist die Beheizung des Pfannenofens erforderlich. Ein etwas früheres Einsetzen der Beheizung bereits in der Entphosphorungsperiode des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dann erforderlich sein, wenn extrem niedrige Phosphorgehalte angestrebt werden und bei der zeitlich etwas ausgedehnten Entphosphorungsperiode die Bildung der exotherm entstehenden Phosphorverbindungen in so geringem Umfang vonstatten geht, daß die Gefahr eines Einfrierens des Stahles in der Pfanne bestehen könnte. Eine solche zusätzliche Beheizung in der Entphosphorungsperiode hängt natürlich auch sehr stark von der Größe der Pfanne, der abgestochenen Stahlmenge sowie außerdem von der Intensität der Entphosphorung während des Zeitraumes ab, in welchem der Phosphorgehalt des Stahles in der Pfanne noch relativ hoch ist.Only in the course of the subsequent processes, which are initially deoxidizing, Alloying and desulphurising is concerned with the heating of the ladle furnace necessary. A somewhat earlier onset of heating in the dephosphorization period the inventive method may be required when extremely low Phosphorus levels are aimed for and with the somewhat extended dephosphorization period the formation of exothermic phosphorus compounds to such a small extent takes place that there is a risk of the steel freezing in the pan could. Such additional heating in the dephosphorization period depends of course also very much on the size of the pan, the amount of steel removed and also on the intensity of dephosphorization during the period in which the The phosphorus content of the steel in the pan is still relatively high.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß die hohen Temperaturen, wie sie bei der Teilentphosphorung des Stahles im Konverter stattfinden, vermieden werden und damit sowohl die Eisenverbrennung als auch der Verschleiß des Feuerfestmaterials auf ein Mindestmaß herabgedrückt werden kann. Auch wenn beim Abstich vom Konverter in die Pfanne Konverterschlacke mit abgestochen wird, ist diese phosphorarme Schlacke keine Gefahr für die in der Pfanne stattfindende Entphosphorung. Außerdem kann diese Schlacke leichter aus der Pfanne bei Beginn der Entphosphorung entfernt werden, weil sie relativ leichtflüssig ist.The invention has the advantage that the high temperatures, such as they take place during the partial dephosphorization of the steel in the converter, can be avoided and with it both iron combustion and refractory wear can be pushed down to a minimum. Even when tapping off the converter When converter slag is tapped into the pan, this is low-phosphorus slag no danger for the dephosphorization taking place in the pan. In addition, this Slag can be more easily removed from the pan at the start of dephosphorization, because it is relatively light.

Unter "in unerheblichem Umfange entphosphort" wird im nachfolgenden verstanden, daß der sich einstellende Phosphorgehalt nicht unterhalb des Punktes liegt, der durch den starken Abfall des CO-Gehaltes in der Abgasanalyse bestimmt ist. Dies ist der Zeitpunkt, in dem üblicherweise im Stahl Phosphorgehalte von etwa 0,010 bis 0,020 % vorliegen. Der Kohlenstoffgehalt liegt dann bei oder unter 0,10 %.Under "to an insignificant extent dephosphorus" is used in the following understood that the adjusting phosphorus content is not below the point which is determined by the sharp drop in the CO content in the exhaust gas analysis is. This is the point in time when the phosphorus content in the steel is usually around 0.010 to 0.020% are present. The carbon content is then at or below 0.10 %.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Konverter der Stahl in üblicher Weise mit Sauerstoff behandelt, wobei der Kohlenstoff des Roheisens verbrannt wird.According to one embodiment of the present invention, in Converter the steel is treated in the usual way with oxygen, with the carbon of the pig iron is burned.

Der Zeitpunkt, an dem der Kohlenstoff bis zu einem Gehalt von 0,10 % verbrannt ist, kann an der Abgasanalyse mit dem sich sprunghaft veränderten CO-Gehalt abgelesen werden. Zu diesem Zeitpunkt ist auch der vom Roheisen stammende Phosphorgehalt von 0,050 bis 0,10 % bis zu einem Gehalt von ca. 0,010 verbrannt. Dann wird ohne eine zusätzliche Probe zu nehmen, der Stahl in die Pfanne abgegossen. Hierbei wird auf das Trennen von Schlacke und Stahl verzichtet und der Rest der Schlacke zum Abdecken des Stahles in der Pfanne verwendet. Anschließend wird eine Probe genommen und nach dem Ergebnis der Analyse dieser Probe die Weiterbehandlung des Stahles in nachfolgenden Behandlungsstufen festgelegt. In unserem Ausführungsbeispiel hat der Stahl in der Pfanne zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur, die oberhalb von 100 über dem Liquiduspunkt, bei einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,10, einem Phosphorgehalt von 0,010, einem Schwefelgehalt von 0,025 liegt. Nach Einfahren der Pfanne in eine ladle-furnace-Anlage wird der Stahl in einem möglichst niedrigen Temperaturbereich durch Einblasen eines Gemisches von Kalk, Eisenoxyd und Flußmittel mit Sauerstoff als Förderungsmedium entphosphort. Hierbei wird nach dem beschriebenen Gegenstromprinzip gearbeitet, d.h., am hinteren Ende der Pfanne wird in der Nähe des Pfannenbodens eingeblasen und an der entgegengesetzten vorderen Seite der Pfanne die Schlacke laufend von dem Ende, an dem das Einblasen stattfindet, in Richtung auf das andere Ende der Pfanne abgezogen.The point in time at which the carbon is reduced to a level of 0.10 % is burned, can be seen in the exhaust gas analysis with the sudden change in CO content can be read. At this point in time, the phosphorus content derived from the pig iron is also from 0.050 to 0.10% burned to a level of approx. 0.010. Then without To take an additional sample, the steel is poured into the pan. Here is the slag and steel are not separated and the rest of the slag is used Covering the steel used in the pan. A sample is then taken and according to the result of the analysis of this sample, the further treatment of the steel determined in subsequent treatment stages. In our exemplary embodiment the steel in the ladle at this point has a temperature that is above 100 above the liquidus point, with a carbon content of approx. 0.10, a phosphorus content of 0.010, a sulfur content of 0.025. After moving the pan into a The ladle furnace system keeps the steel in the lowest possible temperature range by blowing in a mixture of lime, iron oxide and flux with oxygen dephosphorus as a conveying medium. This is done according to the countercurrent principle described worked, i.e. at the rear end of the pan near the bottom of the pan blown in and the slag on the opposite front side of the pan running from the end where the blowing takes place towards the other Peeled off the end of the pan.

Am Ende der Behandlung liegt dann eine fast reine Kalk-Eisenoxyd-Schlacke vor.At the end of the treatment there is an almost pure lime-iron oxide slag before.

Nach dem Ende der Entphosphorung wird der Stahl aufgeheizt auf eine Temperatur, die benötigt wird, um die nachfolgende Desoxydation, Legierung, Entschwefelung, Evakuierung und Abgießen zu ermöglichen. Während des Aufheizens, das aus Gründen der Pfannenhaltbarkeit mit max. 3 - 50 pro Minute ausgeführt wird, wird der Stahl desoxydiert. Die Desoxydation wird so ausgeführt, daß zuerst die schwachen Desoxydationsmittel (Ferromangan und Ferrosilizium) zugesetzt werden und anschliessend das Aluminium in Form von aus Aluminium bestehenden und mit Aluminium gefüllten Kartuschen eingeschossen wird. Diesem Einbringen von Aluminium in der beschriebenen Weise ist begründet durch das geringe spezifische Gewicht von Aluminium, weil sonst das Aluminium nicht oder nur zu einem geringen Prozentsatz durch Schlacke von der Pfanne in den Stahl gelangen würde.After the end of the dephosphorization, the steel is heated to a Temperature that is required for the subsequent deoxidation, alloying, desulfurization, Allow evacuation and pouring. While heating up that for reasons the pan life is carried out with a maximum of 3 - 50 per minute, the steel deoxidized. The deoxidation will executed so that first the weak deoxidizers (ferromanganese and ferrosilicon) are added and then the aluminum in the form of consisting of aluminum and with aluminum filled cartridges is inserted. This introduction of aluminum in the described way is justified by the low specific weight of aluminum, because otherwise the aluminum will not or only to a small percentage from slag would get from the pan into the steel.

Das nachfolgende Legieren mit nicht sauerstoffaffinen Elementen (z.B. Nickel) geschieht in üblicher Weise. Zu diesem Zeitpunkt hat der Stahl eine Temperatur von ca. 100 bis 1500 oberhalb von Liquidus und in etwa folgenden Verunreinigungen: 0,005 % Phosphor, 0,020 % Schwefel, 30 ppm Sauerstoff und 6 ppm Wasserstoff. Die Schlackenzusammensetzung hat sich durch die Desoxydation dahingehend geändert, daß zu einem erheblichen Prozentsatz Aluminiumoxyd hinzugekommen ist. Bei der nun folgenden Entschwefelung durch Einblasen von Kalk- und Flußmittelgemischen mit Argon als Treibgas wird wie bei der Entphosphorung das Gegenstromprinzip angewendet. Dadurch erreicht man Schwefelgehalte unter 0,003 % und hat am Ende der Behandlung eine reine Kalk-Flußmittel-Schlacke. Als Flußmittel - auch bei vorhergegangener Entphosphorung - wird Kalziumfluorid (Flußspat) verwendet.The subsequent alloying with elements not having an affinity for oxygen (e.g. Nickel) is done in the usual way. At this point the steel has a temperature from approx. 100 to 1500 above liquidus and roughly the following impurities: 0.005% phosphorus, 0.020% sulfur, 30 ppm oxygen and 6 ppm hydrogen. the Slag composition has changed by the deoxidation to the effect that a significant percentage of aluminum oxide has been added. With the now following Desulfurization by blowing in lime and flux mixtures with argon as propellant As with dephosphorization, the countercurrent principle is used. Achieved thereby sulfur contents below 0.003% and at the end of the treatment you have a pure lime-flux slag. Calcium fluoride is used as a flux - even after previous dephosphorization (Fluorspar) used.

Nach der Entschwefelung wird der Stahl einer Vakuumbehandlung unterworfen, wobei durch die Phasengrenzreaktion zwischen Stahl und Schlacke und den weiter herabgesenkten Sauerstoffgehalt eine zusätzliche Entschwefelung stattfindet. Der Stahl hat am Ende der Behandlungen in etwa folgende Gehalte: weniger als 0,005 % Phosphor, 0,002 % Schwefel, 10 ppm Sauerstoff und 1 ppm Wasserstoff. Der Kohlenstoffgehalt wird durch den Kohlenstoffgehalt der Legierungsmittel oder zusätzliches Einbringen von Kohle eingestellt. Sollte es notwendig sein, wird zu diesem Zeitpunkt die Temperatur mit dem ladle furnace korrigiert. Der Stahl wird dann nach einem der üblichen Verfahren vergossen (Kokillen und/oder Strangguß).After desulfurization, the steel is subjected to a vacuum treatment, whereby due to the phase boundary reaction between steel and slag and the further lowered Oxygen content an additional desulfurization takes place. The steel has in the end of treatments approximately as follows: less than 0.005% phosphorus, 0.002% Sulfur, 10 ppm oxygen and 1 ppm hydrogen. The carbon content is due the carbon content of the alloying agent or additional introduction of coal set. Should it be necessary, the temperature will be included at this point corrected the ladle furnace. The steel is then made according to one of the standard methods encapsulated (chill molds and / or continuous casting).

Die normalerweise bei der Entphosphorung üblichen Einblaslanzen aus Stahl haben sich nicht bewährt. Erfindungsgemäß erfolgte daher das Einblasen des Entphosphorungsmittels mit Sauerstoff als Treibgas durch ein Keramikrohr.The injection lances normally used for dephosphorization Steel have not proven themselves. According to the invention, therefore, the blowing in took place Dephosphorization agent with oxygen as propellant gas through a ceramic tube.

Claims

Process for the production of high quality steels in the converter Claims ({%) are premelted. Process for the production of steel, which is used in Converter is pre-melted, with the steel after carbon combustion in a pan is tapped, in which the subsequent treatment of the steel for the purpose Increased the degree of purity of the steel coming from the converter is, characterized in that the steel in the converter after decarburization is not or is dephosphorized only to an insignificant extent and then at a temperature as it essentially occurs after the combustion of the carbon, in the heated pan (ladle furnace) is poured into which then in itself known way dephosphorus be blown.

2. The method according to claim 1, characterized in that the steel assumes a final temperature in the converter, which is above but in the vicinity of the liquidus point lies.

3. The method according to claim 2, characterized in that the tapping temperature 20 to 50 OC above the liquidus point.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that if necessary a slight combustion of phosphorus is performed when the temperature of the Steel is so close to the liquidus point after carbon combustion that the Pouring off the steel in the pan means that there is a risk of freezing.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the dephosphorus in a manner known per se with an oxygen jet is blown in at one end of the pan and the slag towards the other opposite end of the pan is pulled off.

6. The method according to claim 5, characterized in that the slag mechanically or by tilting the pan towards the other end of the pan is discharged.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the pan is then additionally heated during dephosphorization when through the Dephosphorization in the pan is not or not enough heat is generated, to prevent the steel bath from solidifying.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that in a manner known per se subsequent to the relatively low temperatures, e.g. 1600 OC dephosphorization at correspondingly higher temperatures Deoxidation and desulfurization is carried out by removing the pan e.g. with the help of an arc is heated.