DE4401244A1

DE4401244A1 - Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen

Info

Publication number: DE4401244A1
Application number: DE19944401244
Authority: DE
Inventors: Alok Dr Choudhury; Harald Scholz; Jochen Dr Schumann; Otfried Wiessner
Original assignee: Leybold Durferrit GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: DE4401244C2; DE4405198A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ent kohlung von Stahlschmelzen sowohl unter Atmosphä rendruck als auch unter Vakuum.

Für die Herstellung von Bau-, Edel- oder Sonder stählen, werden die Stahlschmelzen üblicherweise einem Behandlungsverfahren unterzogen, um einer seits den Kohlenstoffgehalt der Schmelze zu redu zieren und andererseits die Anteile von Schwefel, Wasserstoff, etc. in der Schmelze wie gewünscht einzustellen.

Hierzu sind im Stand der Technik beispielsweise für die Herstellung von Baustählen das Sauer stoffaufblas - und Bodenblasverfahren allgemein bekannt. Dies wird auch als OTB - Oxygen Top and Bottom Verfahren bezeichnet. Es wird in einem luftoffenen Konverter durchgeführt und dient der Entkohlung der Schmelze.

Weiterhin kennt man ein Verfahren zur Vakuument kohlung in einer Behandlungspfanne. Dieses, auch als VOD - Vacuum Oxygen Decarburization-Prozeß be kannte Verfahren, wird z. B. für die Behandlung von Sonderstählen eingesetzt, wobei die Pfanne durch eine Vakuumhaube mit eingebauter Sauer stofflanze vakuumdicht verschlossen wird. Neben der Entkohlung wird mit diesem Verfahren auch eine Entgasung der Schmelze zur Einstellung niedrigster Kohlenstoff-, Schwefel- und Wasserstoffwerte er reicht.

Es ist auch eine Kombination der beiden oben ge nannten Verfahren bekannt. Hierzu wird z. B. für Chargen größer 20 Tonnen eine Verfahrenskombina tion luftoffener Konverter (OTB) mit nachgeschal teter Vakuumentkohlung in der Pfanne (VOD) be nutzt. Der OTB-Konverter wird dazu verwendet, um in kürzester Zeit hohe Kohlenstoffgehalte bis auf definierte Zwischengehalte in einer Schmelze mit tels Sauerstoff zu entfernen. Danach wird die Schmelze in eine Pfanne abgestochen und in einer VOD-Anlage weiterbehandelt. Dies führt zu langen Behandlungszeiten.

Für Chargengewichte bis 20 t ist es durchaus mög lich zur Entkohlung von Schmelzen mit hohen Aus gangskohlenstoffgehalten Vakuumkonverter einzuset zen, die sich dem VOD-Verfahren bedienen um den Kohlenstoff in kurzer Zeit zu entfernen. Anderer seits werden für Chargengewichte größer 20 t keine VOD-Converter mehr eingesetzt, da diese Chargen größen günstiger in Pfannen behandelt werden kön nen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kombination der beiden an sich bekannten Verfahren anzugeben, welche die Behandlungszeiten der Stahl schmelzen verkürzt, keine zusätzlichen Vorrich tungskosten verursacht und eben eine wirtschaftli chere Herstellungsweise als nach den bisherigen getrennten Verfahren beschreibt.

Die Erfindung liegt nun darin, beide Verfahren, das luftoffene Behandeln im OTB-Verfahren mit dem VOD-Vakuumbehandeln im selben Schmelzaggregat durchzuführen. Dadurch kann die Schmelze nach dem Abstich vom Einschmelzaggregat bis zum Abgießen in Blöcke oder als Strangguß in einem Gefäß behandelt werden. Dies führt mit Vorteil zu verkürzten Be handlungszeiten und zu wirtschaftlicherer Herstel lungsweise.

Die Pfanne wird nur noch als Transportgefäß be nutzt. Dies bedeutet einen geringeren Pfannenfrei bord. Bei der Einführung von Vakuumbehandlung in Stahlwerken müßten die Pfannen zu höheren Freibor den umgerüstet werden. Da eine Erhöhung der Pfan nen meist nicht möglich ist, durch die Abmessungen der Stranggußanlagen oder zu geringer Kranhöhe in der Schmelz- und Gießhalle, kann die Vaku umbehandlung in einen Konverter verlegt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich durch kleinere Ab pumpvolumina, da beim Konverter nur der Reaktions raum abgepumpt wird. Bei einer Pfannenentgasung im Vakuumtank muß das gesamte Behältervolumen mit evakuiert werden.

Im Konverter ist ein starkes Spülen möglich, was zu kürzeren Entgasungszeiten führt. Wasserstoff entfernung und Tiefentkohlung sind problemlos durchzuführen. Ein weiterer Vorteil besteht im Verhältnis Badhöhe zu Baddurchmesser. Da im Kon verter eine größere freie Oberfläche zur Verfügung steht, kann eine Entgasung wesentlich einfacher erfolgen. Die geringere ferrostatische Höhe führt zu besseren Gleichgewichtsbedingungen bei der Ent gasung. Die Gleichgewichtsbedingungen können durch das stärkere Spülen im Konverter gegenüber der Pfanne weiter verbessert werden. Zur besseren Ent schwefelung trägt die größere Badoberfläche bei.

Für eine Kombination beider Verfahren muß folgen des beachtet werden:
Beim OTB-Verfahren wird sowohl Sauerstoff von oben, als auch von unten in die Schmelze unter At mosphärendruck eingeleitet.

a) Bei Atmosphärendruck ist eine Entkohlung von Edelstählen durch das C-Cr-O-Gleichgewicht be grenzt. Eine Entkohlung über bestimmte C-Gehalte führt zu hohen Cr-Verlusten und ist daher nicht wirtschaftlich. Daher wird bei Cr-haltigen Schmelzen diese im VOD-Verfahren in der Pfanne weiterbehandelt.
b) Bei unlegierten und niedriglegierten Stählen kann der Kohlenstoff problemlos heruntergefri scht werden. Diese Stähle benötigen höchstens eine Vakuumentgasung (VD). Zur Zeit werden Kon verter bis zu 80 t nach diesem Verfahren betrie ben.

Das VOD-Verfahren wird zum Frischen unter Unter druck 20-200 hPa eingesetzt. Zum Evakuieren wird ein Pumpsatz verwendet, der entweder aus mechani schen Pumpen oder aus Dampfstrahlpumpen oder aus einer Kombination der beiden bestehen kann. Nun ist der VOD-Prozeß durch zwei Behandlungsschritte gekennzeichnet:

a) Durch ein Vakuum von 200 hPa bis 20 hPa zum O₂- Blasen mittels Sauerstofflanze und zum anderen von einem Entgasungsvakuum zum Auskochen der Schmelze von < 2 hPa.
b) Außerdem kann eine VD-Behandlung nachgeschaltet werden, die ebenfalls ein Vakuum von < 1 hPa zur Entfernung von gelösten Gasen benötigt.

Cr-haltige Stähle werden nach den VOD-Verfahrens schritten a) und b) behandelt, unlegierte und niedriglegierte Stähle nach dem Verfahrens schritt b).

Zur Zeit werden Converter bis zu 20 t nach diesem Verfahren betrieben. Das VOD-Verfahren für Pfannen ist ab 25 t wirtschaftlich, daher die Begrenzung.

Die Pfannen müssen allerdings umgerüstet werden (s. o.).

Beide Verfahren unterscheiden sich außerdem im Be handlungsdruck in der Einleitung von Gasen durch den Konverterboden. Dazu ist es denkbar, beide Prozesse mit Sauerstoff von unten (mittels Dü sen/Spülstein) als auch von oben mittels Lanze zu betreiben. Im anderen Fall ist es denkbar, die Sauerstoffmenge nur von oben einzublasen und die Bodendüsen/Spülstein nur zum Einleiten von inerten Gasen zwecks Umrührung der Schmelze zu benutzen.

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele für mögliche Verfahrensabläufe exemplarisch beschrie ben:

A) Hier sei ein Verfahrensablauf am Beispiel zur Herstellung eines Baustahles dargestellt.

Die Schmelze wird in den Konverter eingefüllt, der Konverter in Blasposition geschwenkt und die Absaughaube über den Konverter gefahren. Im er sten Blasprozeß wird unter Atmosphärendruck der Kohlenstoff bis auf ca. 0,05-0.2% c herunterge frischt mittels Sauerstoff. In diesem Schritt werden ebenfalls geringe Mengen an Si, Fe und Mn durch Reaktion mit dem Sauerstoff verschlackt. Dieses Herunterfrischen kann in drei Schritten erfolgen:

a) Sauerstoff nur von unten,
b) Sauerstoff von oben und unten,
c) Sauerstoff nur von oben.

Dabei wird von unten auch mit Ar, N₂ oder anderen Inertgasen, zur Kühlung der Düse und um ein Über hitzen der Stahlschmelze im Bodenbereich zu ver meiden, gespült.

Nach dem Blasen wird die Absaughaube weggeschwenkt und der Konverter in horizontale Position gefah ren. Jetzt werden Temperaturmessungen und Probe nahmen durchgeführt. Nach Beendigung der manuellen Arbeiten wird der Konverter aufgerichtet, Legie rungskorrekturen durchgeführt und die Vakuumhaube über die Konvertermündung geschwenkt. Nun kann ein Zyklus unter Vakuum, die Vakuumentgasung (VD) an geschlossen werden. Nach dem Fluten können Fein korrekturen der Schmelze durchgeführt werden. Ist die Schmelztemperatur zum Ende der Behandlung zu niedrig, kann ein Heizen mittels Al erfolgen. Da nach kann die Schmelze zum Weitertransport in die Pfanne abgestochen werden. Hier können Chargen größen ab 30 t problemlos behandelt werden. Es sind Chargengrößen bis 250 t vorstellbar.

B) Hier sei ein Verfahrensablauf am Beispiel zur Herstellung eines CrNi-Stahles dargestellt.

Die Schmelze wird in den Konverter eingefüllt, der Konverter in Blasposition geschwenkt und die Ab saughaube über den Konverter gefahren. Im ersten Blasprozeß wird unter Atmosphärendruck der Kohlen stoff bis auf ca. 0,4% C bei Cr-Gehalten von ca. 19% heruntergefrischt mittels Sauerstoff. In diesem Schritt wird ebenfalls Cr, Si, Fe und Mn durch Reaktion mit dem Sauerstoff verschlackt. Dieses Herunterfrischen kann in drei Schritten er folgen:

Nach dem Blasen wird die Absaughaube weggeschwenkt und der Konverter in horizontale Position gefah ren. Jetzt werden Temperaturmessungen und Probe nahmen durchgeführt. Nach Beendigung der manuellen Arbeiten wird der Konverter aufgerichtet und die Vakuumhaube über die Konvertermündung geschwenkt. Nun wird im VOD-Betrieb der Kohlenstoff auf ca. 0,02% C heruntergeblasen und anschließend unter Tiefvakuum ausgekocht. Danach wird der Konverter geflutet und das Reduktionsgemisch aufgegeben. Nun können Feinkorrekturen durchgeführt und ein weite rer Zyklus unter Vakuum, die Vakuumentgasung ange schlossen werden. Danach kann die Schmelze zum Weitertransport in die Pfanne abgestochen werden. Für 40 t ergeben sich Behandlungszeiten bis zu 90 min. In Tafel 1 ist ein Schmelzanalysenverlauf für eine OTB/VOD-Konverter behandelten Charge darge stellt.

Tafel 1

Analysen-Beispiel einer im erfindungsgemäßen Dop pel-Verfahren behandelten Charge

Claims

1. Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu behan delnde Schmelze in einem ersten Verfahrens schritt durch Zufuhr von Sauerstoff unter At mosphärendruck und in einem zweiten Verfah rensschritt durch Zufuhr von Sauerstoff unter Vakuum behandelt wird und daß beide Verfah rensschritte nacheinander im selben Behand lungs-Gefäß durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Behandlung eine Entkohlung oder eine Entgasung zur Einstellung der C-, S- und H₂-Werte der Schmelze ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Behandlungsgefäß ein Kon verter verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß für den Konverter eine Staub schutzhaube und eine Vakuumhaube vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Konverter mit Unterbaddüsen ausgerüstet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß durch die Unterbaddüsen Sauer stoff, eine Mischung aus Sauerstoff und Inertgas oder Inertgas in die Schmelze ein leitbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Konverter mit einer Sauer stoffblaslanze ausrüstbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß am Ende des ersten Verfahrens schritts unter atmosphärischem Druck der Koh lenstoffgehalt in der Schmelze größer als 0,2 % ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt der Schmelze nach dem Ende des zweiten Verfah rensschritts unter vermindertem Druck kleiner als 0,08% ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schmelze aus Bau-, Edel- oder Sonderstahl besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Druck im Behandlungsge fäß während der Entkohlung im Vakuum-Verfah rensschritt zwischen 20-200 hPa beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Druck im Behandlungsge fäß während der Entgasung im zweiten Vakuum- Verfahrensschritt kleiner 2 hPa beträgt.