DE3347718C2 - Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien

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Abstract

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, wobei vor der Pfannenbehandlung und nach dem Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen ein Frischen in einem Konverter mittels eines Intertgas-Luft/Sauerstoffgemisches in einer oder mehreren Phase(n) erfolgt, wobei die einzelnen Behandlungsstufen Frischen, Desoxydieren und Feinen so getrennt werden, daß jeder Schritt optimal durchgeführt werden kann, ohne den Zusammenhang des gesamten Prozeßablaufs zu stören.

Description

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt des Stahls während der Frischperiode um mindestens 0,5% verringert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischperiode durch zusätzliches Auf- oder Einblasen von Sauerstoff mittels Lanze verkürzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß feste oxydhaltige Stoffe mit Trägergas durch eine Lanze zugegeben werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien, bei welchem der Stahl nach dem Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen in einem Konverter gefrischt und desoxydiert wird, wobei gleichzeitig eine Spülung mit Inertgas erfolgt und die Schmelze nach dem Abstich in der Pfanne durch Spülung mit Inertgas gefeint wird.
ίο 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 Vewendung von Mischgasen oder unter Vakuum.
Die Herstellung der besonderen Stähle nur im Lichtbogenofen ist energietechnisch 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 wurden für die alleinige Herstellung von Chromstählen, die einen kleineren spezifischen Reaktionsraum haben, qls er für die Herstellung der angeführten Stahlqualitäten erforderlich ist. Voraussetzung für eine notwendige hohe Frisch- und Aufheizgeschwindigkeit ist ein großes 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 Einsteilung der gewünschten Werte hinsichtlich der Legierungsbestandteile, der Temperatur, des Sauerstoff- und Wasserstoffwertes und Reinheitsgrades nicht oder nur schwierig möglich, wenn die vorgegebenen Ausgangswerte des Lichtbogenofens 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, so daß Materialfehler unvermeidbar sind.
Aus der DE-OS 25 25 355 ist bereits das Frischen und Deoxydieren von Stahl unter Einsatz von Edelgas bekannt und die »Neue Hütte«, 22 (1977), Heft 4, S. 217-221 beschreibt bereits das Feinen von Stahl in einer Pfanne mittels Edelgasdurchleitung, auch eine Kombination dieser Verfahren vermag aber die für hochbelastete Anlageteile erforderliche Stahlqualität nicht herzustellen.
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Stählen zu schaffen, welchem die vorgenannten Nachteile nicht mehr anhaften und das es insbesondere ermöglicht, eine stabile, gut reproduzierbare Qualität des Stahls zu gewährleisten, bei 5 gleichzeitiger Erhöhung der Produktivität, Verminderung des Ausschußrisikos und guter Steuerbarkeit des Prozesses, wobei die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin relativ einfach aufgebaut sein soll und energiemäßig günstig betrieben werden und auf die Anwendung von Vakuum und hohem Betreiberaufwand verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß ein Konverter mit einem spezifischen Reaktionsraum zwisehen 0,45 und 0,8 mVt Ausbringen benutzt wird, daß die Prozeßgaszufuhr während der Konverterbehandlung im Bereich von 0,5 bis 2,0 NmVt und min. geregelt .';. wird, daß die Prozeßgaszufuhr im Konverter durch Einblasöffnungen im Boden oder nahe dem Boden erfolgt, rf daß während der Desoxydationsphase die Konverter- ·,'■ mündung zeitweise verkleinert wird, daß wäk.-snd des ■:.---; Abstichs auf den Stahl eine desoxydierende Substanzen '<■'■ enthaltende Auffangschlacke aufgegeben wird, daß der *" ausfließende Stahl durch einen Inertgasschleier vor Re-Oxydation geschützt wird und daß während der Feinspülhase in der Pfanne ein Inertgasdurchsatz von 0,01 bis 0,05 Nm3/t eingestellt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- φ. Sprüchen.
·'; Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Ge- ;;i genstand der Erfindung es erlaubt, mit geringem apparativem Aufwand und unter Vermeidung des Einsatzes .' von Vakuum während der Einstellung des Stahls auf die [1 gewünschten metallurgischen Werte, einen besonders ■. ί hochwertigen Stahl zu erzeugen, und bei dem eine stabi- f'\ Ie und qualitätsmäßig reproduzierbare Steuerung mög-.' lieh ist.
-■:· Gegenüber bisher bekannten Einrichtungen und Ver- >; fahren 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 V — Verbesserung des Ausbringens
— sichere Reproduzierbarkeit der Ergebnisse durch einfache Steuerbarken
'■-' — 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 zeigt
F i g. 1 die einzelnen Phasen I—V der Stahlerzeugung gemäß der Erfindung und
Fig.2 die Temperaturführung während der einzelnen Phasen gemäß F i g. 1.
Gemäß F i g. 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 Tiegci srfolgen kann.
In der Phase II wird der Stahl abgestochen und mit den gewünschten Legierungszusätzen sowie solchen Zusätzen versehen, die im Frischverfahrtn 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 17000C durch das Einblasen des bekannten Inertgas-Luft-Sauerstoffrxrnisches. Dieses Frischen kann mil einer Lanze unterstützt werden. Es erfolgt dann eine Schnell-Desoxidationsphase mit einer relativ geringen Temperaturverminderung, 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-Desoxidationsphase mit hohen Gasdurchsätzen erfolgt der Abstich. Eine Feinspülphase mit erheblich geringeren Gasdurchsätzen, z. B. 0,01 —0,05 NmVt 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 sjnd. daß sie auch in Phasen mit geringem Gasdurchsatz frei von eindringendem Stahl bleiben.
Während der Desoxidationsphase ist es vorteilhaft, die Konverteröffnung zu verkleinern. Die Vorrichtung zur Verkleinerung 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 Reoxidation mit Luftsauerstoff unter Verwendung eines Desoxi dationsmittels 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, so daß spätere gröbere !Einschlüsse vermieden werden können. Es entstehen Stähle 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 a.He Zugaben so frühzeitig der Schmelze zugesetzt werden, daß sie ebenfalls gut durchgespült werden.
Alle Schlackenbildner sollten vorab in den Konverter eingefüllt, und die Cnarge sollte schlackenfrei in den Konverter umgefüllt werden. Im Konverter werden mindestens 0,5% Kohlenstoff herausgefrischt.
Die Prozeßgaszufuhr muß im Bereich von
0.5 — 2,0 NmVt-min regelbar sein mit einer darauf abgestimmten Absaugung der Rauchgasmengen.
Während der Behandlungszeit im Konverter sollte eine Spülung mit mindestens 4—6 NmJ 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 industrialisierten Ländern erfolgreich verwendet werden kann.
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Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien, bei welchem der Stahl nach dem Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen in einem Konverter gefrischt und desoxydiert wird,
wobei gleichzeitig eine Spülung mit Inertgas erfolgt und die Schmelze nach dem Abstich in der Pfanne durch Spülung mit Inertgas gefeint wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Konverter mit einem spezifischen Reaktionsraum zwischen 0,45 und 0,8 Nm3/t Ausbringen benutzt wird,
daß die Prozeßgaszufuhr während der Konverterbehandlung im Bereich von 0,5 bis 2,0 NmVt - min geregelt wird,
daß die Prozeßgaszufuhr im Konverter durch Einblasöffnungen im Boden oder nahe dem Boden erfolgt,
daß während der Desoxydationsphase die Konvertermündung zeitweise verkleinert wird,
daß während des Abstichs auf den Stahl eine desoxydierende Substanzen enthaltende Auffangschlacke aufgegeben wird,
daß der ausfließende Stahl durch einen Inertgasschleier vor Reoxydation geschützt wird und
daß während der Feinspülphase in der Pfanne ein Inertgasdurchsatz von 0,01 bis 0,05 NmVt eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter über den Rand entleert wird und die Schlacke mit in die Pfanne gekippt wird.
3. Verfahren nach einem de Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abstichs des Konverters die Inertgasatmösphäre in dem Konverter bestehen bleibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durchgesetzten Prozeßgases während der Frisch- und der Desoxydationsphase ein Vielfaches, mindestens 10—20mal so groß ist, wie die in der Feinspülphase durchgesetzten Inertgasmengen in der Pfanne.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bis zum Ende der Gesamtbehandlung (Konverter plus Pfanne) die Schlakke auf folgende Zusammensetzung eingestellt wird:
10-20% AL2O3
10-30% SiO2
20-50% CaO
10-20% MgO
10% sonstige Metalloxide.
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