DE3347718A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung von staehlen mit hohem reinheitsgrad und geringen gasgehalten in stahlwerken und stahlgiessereien - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur herstellung von staehlen mit hohem reinheitsgrad und geringen gasgehalten in stahlwerken und stahlgiessereienInfo
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Description
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Stählen
mit hohem Reinheitsgrad und geringem Gasgehalt in
Stahlwerken und Stahlgießereien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Einrichtung zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad
und geringen Gasgehalten für besondere An.forderungen, bei welchem der flüssige Stahl in einer Pfanne mit
einem Inertgas gefeint wird und die Behandlungsstufen Frischen und Desoxydieren in einem Konverter durchgeführt
wird.
Zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten sind bereits verschiedene Verfahren
bekannt.
Am bekanntesten ist dabei das Erschmelzen im Lichtbogenofen oder das Erschmelzen im Lichtbogenofen mit nachgeschaltetem
Frischen in einem Konverter unter Verwendung von Mischgasen oder unter Vakuum.
Die Herstellung der besonderen Stähle nur im Lichtbogenofen ist engergietechnisch sehr aufwendig und hinsichtlich
des einzustellenden Reinheitsgrades problematisch
Die Herstellung der angeführten Stähle im Lichtbogenofen
mit nachgeschaltetem Frischen in bisher bekannten Konvertern unter Verwendung von Mischgasen hat den Nachteil,
daß diese Konverter, ursprünglich ausgelegt für die alleinige Herstellung von Chromstählen, die einen
kleineren spezifischen Reaktionsraum haben, als er fü,r
die Herstellung der angeführten Stahlqualitäten erforderlich ist. Voraussetzung für eine notwendige hohe
Frisch- und Aufheizgeschwindigkeit ist ein groBes spezifisches
Reaktionsvolumen mit einem hohen spezifischen Sauerstoffangebot.
Außerdem ist während der Desoxydationsphase eine Reoxydation der Schmelze durch in den Reaktionsraum eintretende
Luft nicht zu vermeiden.
Ferner findet eine intensive Luftsauerstoffberührung
während des Abstichs des reduzierten Stahls statt, was als Folge störende oxydische Verunreinigungen ergibt
und damit im Produkt zu Ausschuß führt.
Die Herstellung der angeführten Stähle mit nachgeschaltetem Frischen in einem Vakuumkonverter ist vom apparativen
Aufwand und vom Betreiberaufwand komplizierter und aufwendiger.
Die vorstehend genannten Verfahren sind weiterhin
schwierig zu fahren und erfordern ein hohes Maß an Erfahrung sowie den Einsatz von Fachpersonal.
Es ist weiterhin bekannt, daß bei der Herstellung dieser Stähle eine Endbehandlung in von Inertgas
durchspülten Pfannen vorgenommen werden kann. Doch ist auch hier die genaue Einstellung der gewünschten Werte
hinsichtlich der Legierungsbestandteile, der Temperatur, des Sauerstoff- und Wasserstoffwertee und Reinheitsgrades
nicht oder nur schwierig möglich, wenn die vorgegebenen Ausgangswerte des ichtbogenofens oder
bisher bekannten Konverters nicht reproduzierbar eingestellt werden können.
Bei den drei vorgenannten Verfahren ist es weiterhin insbesondere nachteilig, daß die gewünschten metallurgischen
Werte nicht mit ausreichender Treffsicherheit einstellbar sind, 50 daß Materialfehler unvermeidbar
sind, die bei" hochbelasteten Anlageteilen, z. B. in Kernkraftwerken, nicht mehr toleriert werden können.
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung der vorgenannten
Güten zu schaffen, welchen die vorgenannten Nachteile nicht mehr anhaften und die es insbesondere ermögli-
chen, eine stabile, gut reproduzierbare Qualität des
Stahls 2u gewährleisten, bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktivität, Verminderung des Ausschußrisikos
und guter Steuerbarkeit des Prozesses.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll weiterhin relativ einfach aufgebaut
sein und energiemäßig günstig betrieben werden können, wobei auf die Anwendung von Vakuum und hohem Betreiberaufwand
verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe w'ird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten
Verfahren dadurch gelöst, daß vor der Pfannenbehandlung und nach dem Einschmelzen mit den gewünschten
Legierungsbestandteilen ein Frischen in einem Konverter mittels eines Inertgas/Luft/Sauerstoffgemisches
in einer oder mehreren Phase (n) erfolgt, wobei auf nach dem an sich bekannten Aufheizen eine Schnell-Desoxydationsphase
und nach dem Abstrich eine Feinspülphase mit Inertgas in der Pfanne erfolgt.
Während der Pfannenbehandlungszeit kann vorteilhaft eine
Auffangschlacke auf die Schmelze aufgegeben werden. Danach folgt die Feinspülphase, wodurch insbesondere
die Entstehung von störenden groben Einschlüssen vermieden wird.
- ,frill diesem Zusammenhang kann als Inertgas insbesondere
Argon verwendet werden.
Weiterhin kann vorteilhaft während der Desoxydationsphase im Konverter eine Verringerung der Konverteröffnungsfläche
erfolgen und/oder während des Abstichs aus dem Konverter kann weiterhin vorteilhaft ein
Desoxydationsmittel zur Vermeidung der Stahloxydation aufgegeben sowie die Konverteratmosphäre sauerstoffrei
gehalten werden.
Die Einrichtung' zur Durchführung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens kennzeichnet sich vorteilhaft dadurch, daß ein Konverter zum Frischen und Desoxydieren
des Stahls in mehreren Phasen vorhanden ist, der nacheinander eine Behandlung mit einem Inertgas/Luft/
Sauerstoffgemisch und reinem Inertgas mit voneinander stark abweichenden Gasmengen erlaubt.
Vorteilhaft weist der Konverter eine Vorrichtung auf, die zeitweise eine Verringerung der Konverteröffnung
erlaubt.
Weiterhin vorteilhaft kann der Konverter Einblasöffnungen und eine Gasmengenregelung aufweisen, die eine
— f) —
stufenlose Variation der einzublasenden unterschiedlichen
Gase erlauben. Eine Einzelateuerung der Beaufschlagung
der Einblasöffnungen kann vorteilhaft sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Gegenstand
der Erfindung es erlaubt, mit geringem apparativem Aufwand und unter Vermeidung des Einsatzes von Vakuum während
der Einstellung des Stahls auf die gewünschten metallurgischen · Werte, einen besonders hochwertigen
Stahl zu erzeugen, und bei dem eine stabile und qualitätsmäßig reproduzierbare Steuerung möglich ist.
Gegenüber bisher bekannten Einrichtungen und Verfahren zeichnet sich die Erfindung aus durch
- einfache Möglichkeit der genauen Einstellung der chemischen
Analyse und Temperatur der Stähle
- einfache Einstellung der Endschwefelwerte je nach Anforderung
- bessere mechanische Werte in der Endproduktion
- Verbesserung des Ausbringens
- sichere Reproduzierbarkeit der Ergebnisse durch einfache Steuerbarkeit
- energiesparende und umweltfreundliche Betriebsweise
- ökonomische Nutzung der Rohstoffe
- geringe Investitionskosten bei entsprechenden Qualitätszielsetzungen.
Im weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 die einzelnen Phasen I - V der Stahlerzeugung gemäß der Erfindung und
Figur 2 die Temperaturführung während der einzelnen
Phasen gemäß Figur 1.
Gemäß Figur 1 wird in der Phase I der Stahl geschmolzen, wobei dies entweder in einem Kupolofen, Induktions- oder .einem Lichtbogenofen oder in einem durch
eine Lanze erhitzten Tiegel erfolgen kann.
-Jain der Phase II wird der Stahl abgestochen und mit den
gewünschten Legierungszusätzen sowie solchen Zusätzen versehen, die im Frischverfahren gemäß den Phasen II
und III die notwendige Temperaturerhöhung ermöglichen.
In der Phase II und III wird nach Einfüllen der Zuschläge und der Zusätze die Konverterbehandlung mit Sauerstoff,
Stickstoff, Luft oder Argon bzw. Mischungen dieser Gase vorgenommen.
Nach dem Abkippen der Schmelze in einer Pfanne gemäß Phase IV wird dort eine Feinspülung vorgenommen und
danach kann in Phase V entweder ein Block-, Form- oder Strangguß usw. erfolgen.
Im einzelnen wird nach dem Abstich aus einem Einschmelzaggregat gemäß Phase 1 der Zusatz von Legierungs- und
Zuschlagelementen vorgenommen und danach erfolgt die genannte zweiphasige Behandlung in einem Konverter. Es
erfolgt ein rasches und intensives Frischen mit einer erheblichen Temperatursteigerung von ca. 1500 auf über
1700° C durch das Einblasen des bekannten Inertgas-Luft-Sauerstoff
gemisches. Dieses Frischen kann mit einer Lanze unterstützt werden. Es erfolgt dann eine Schnell-Desoxydationsphase
mit einer relativ geringen Tempera-
turverminderung, in welcher bereits die gewünschte Einstellung der Endanalyse weitestgehend erfolgt und in
welcher die während des Frischens erzeugten Oxide weitgehend reduziert werden. Nach der Schnell-Desoxydationsphase
mit hohen Gasdurchsätzen erfolgt der Abstich. Eine Feinspülphase mit erheblich geringeren Gasdurchsätzen,
z. B. 0,01 - 0,05 m /t erfolgt anschließend in der Pfanne.
In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, daß die Misch- und Kontrollorgane für die Einführung der benötigten
Gase in dem Konverter eine entsprechende Auslegung besitzen und daß die Einblasöffnungen im Boden
oder nahe dem Boden des Konverters derartig ausgebildet sind, daß sie auch in Phasen mit geringem Gasdurchsatz
frei von eindringendem Stahl bleiben. Während der Desoxydationsphase ist es vorteilhaft, die
Konverteröffnung zu verringern. Die Vorrichtung zur Verringerung der Konverteröffnung kann so ausgebildet
sein, daß sie beim Abstich der Schmelze am Konverter verbleiben kann.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird die Schmelze über den Konverterrand entleert, wobei die Schlacke mit
in die Pfanne gekippt wird und dort einen Teil der Auffangschlacke bildet. Während des Abkippens wird die
Inertgasatmosphäre im Konverter beibehalten und der ausfließende Stahl wird zur Vermeidung der Reoxydation mit
Luftsauerstoff unter Verwendung eines Desoxydationsmittels oder der Anwendung einer Inertgasabschirmung
geschürzt. '
Mit dieser Pfannen-Nachbehandlung lassen sich die gewünschten metallurgischen Werte hinsichtlich der chemischen
Analyse, Temperatur und des Reinheitsgrades genau einstellen, wobei die Schmelze derart wird, daß
spätere gröbere Einschlüsse vermieden werden können. Es entstehen Stöhle mit besseren mechanischen Eigenschaften.
In Phase V wird dann der Stahl unter einem Gießstrahlschutz vergossen.
Bei Durchführung des Verfahrens ist zu beachten, daß alle eingesetzten Legierungen trocken sind und alle
Zugaben so frühzeitig der Schmelze zugesetzt werden, daß sie ebenfalls gut durchgespült werden.
Alle Schlackenbildner sollten vorab im Konverter gefüllt sein und die Charge sollte schlackenfrei umgefüllt
werden. Im Konverter werden mindestens 0,5 % Kohlenstoff herausgefrischt.
- 11 -
Die ProzeQgaszufuhr muß im Bereich von 0,5 - 2,0
Nm /t/min regelbar sein mit einer darauf abgestimmten Absaugung der Rauchgasmengen.
Während der Behandlungszeit im Konverter sollte eine Spülung mit mindestens 4-6 Nm Ar/t durchgeführt
werden und die Zeit bis zum Abstich nach Fertigstellung der Schmelze darf höchstens 5 - 10 min betragen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Abstichpfanne basisch oder neutral zuzustellen. Sie ist gut vorzuwärmen und
mit ein oder mehreren Boden-Spülsteinen auszurüsten.
Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Einrichtung liegen u. a. darin,, daß es
nicht nur für die Herstellung von besserem Stahl in Industrieländern eingesetzt werden kann, sondern daß es
aufgrund seiner Einfachheit und stabilen Verfahrensführung auch in nicht hoch j industrialisierten Ländern
erfolgreich verwendet werden kann.
- Leerseite -
Claims (22)
1. Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem
Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien, bei welchem der flüssige Stahl
in einer Pfanne mit einem Inertgas gespült wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Pfannenbehandlung
und nach dem Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen ein Frischen in einem Konverter
mittels eines Inertgas/Luft/Sauerstoffgemisches in einer oder mehreren Phase (n) erfolgt, wobei die
einzelnen Behändlungsstufen Frischen, Desoxydieren
und Feinen so getrennt werden, daß jeder Schritt optimal durchgeführt werden kann, ohne den Zusammenhang
des gesamten Prozeßablaufs zu stören.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pfanne eine desoxydierende Substanzen enthaltende
Auffangschlacke auf die Schmelze aufgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Pfannenbehandlungszeit eine
Feinspülung der Schmelze erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Frischen im Konverter
eine Desoxydationsphase bei gleichzeitigem Intensivspülen mit Inertgas folgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter über den Rand entleert
wird und die Schlacke mit in die Pfanne gekippt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt des Stahlsbei
chromhaltigen Stählen kleiner 20 ppm und bei un- und mittellegierten Stählen kleiner 10 ppm eingestellt
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß während des Abstichs des Konverters die Inertgasatmosphäre bestehen bleibt.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgesetzte Inertgas oder Luft oder Luft/
Sauerstoff oder Inertgas/Sauerstoffmenge während der
Aufheiz- und der Desoxydationsphase ein Vielfaches, mindestens 10-20 mal so groß ist, wie die in der
BAD
- Ά 3 -
Feinspülphase durchgesetzte Inertgasmenge in der Pfanne.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß während der Desoxydationsphase eine Verringerung der Konverteröffnungsfläche
erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abstichs ein Desoxydationsmittel
auf den ausfließenden Stahl zugegeben wird,
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ausfließende Stahl durch ein
Inertgasschleier vor Reoxydation geschützt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Gesamtbehandlung
(Konverter plus Pfanne) die Schlacke auf 10 Teile gerechnet auf folgende Zusammensetzung eingestellt
wird:
1 - 2 χ AI2O3 '
1 - 3 χ SiO2
2 - 5 x CaO
1 - 2 x MgO
1 - 2 x MgO
1 χ sonstige Metalloxyde.
BAD ORIGINAL
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt
des Stahls während der Frischperiode um mindestens 0,5 % verringert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frischperiode durch zusätzliches Auf-oder Einblasen von Sauerstoff mittels Lanze verkürzt
wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet,
daß feste oxydhaltige Stoffe mit Trägergas durch eine Lanze zugegeben werden.
16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der spezifische Reaktionsraum im Konverter zwischen 0,45 - 0,80 pro t Ausbringen liegt.
17. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konverter zum
Frischen des Stahls in mehreren Phasen vorhanden ist, der nacheinander eine Behandlung mit einem
Luft/Inertgas/Sauerstoffgemisch und reinem Inertgas mit voneinander stark abweichenden Gasmengen erlaubt,
/5-
und dem Konverter eine Pfanne zum Feinspülen des Stahls nachgeschaltet ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvertermündung eine Vorrichtung aufweist,
die zeitweise eine Verringerung der Konverteröffnung erlaubt.'
19. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet
durch einen Konverter mit einer GAsmengenregelung
und Einblasöffnungen, die eine Variation der einzublasenden unterschiedlichen Gase erlauben.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen mit Einzelsteuerungen
vorgesehen sind.
21. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pfanne für die fertige Schmelze mit basischen oder neutralen Feuerfestmaterialien zugestellt
wird, so daß aus dem Pfannenfutter kein Sauerstoff in die Schmelze nachgeliefert werden kann.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichpfanne für die
fertige Schmelze mit Dolomit ausgekleidet ist.
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D2 | Grant after examination | ||
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Owner name: MAN GUTEHOFFNUNGSHUETTE GMBH, 4200 OBERHAUSEN, DE |
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