DE4401244C2 - Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen mit einem ersten Verfahrensschritt, bei dem Sauerstoff unter Atmosphärendruck, und mit einem zweiten Verfahrensschritt, bei dem Sauerstoff unter Vakuum der Schmelze zugeführt wird.

Für die Herstellung von Bau-, Edel- oder Sonderstählen werden die Stahlschmelzen üblicherweise einem Behandlungsverfahren unterzogen, um einerseits den Kohlenstoffgehalt der Schmelze zu reduzieren 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 Sauerstoffaufblas- 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 Vakuumentkohlung in einer Behandlungspfanne. Dieses, auch als VOD - Vacuum Oxygen Decarburization - -Prozeß bekannte Verfahren, wird z. B. für die Behandlung von Sonderstählen eingesetzt, wobei die Pfanne durch eine Vakuumhaube mit eingebauter Sauerstofflanze vakuumdicht verschlossen wird. Neben der Entkohlung wird mit diesem Verfahren auch eine Entgasung der Schmelze zur Einstellung niedrigster Kohlenstoff-, Schwefel- und Wasserstoffwerte erreicht.

Es ist auch eine Kombination der beiden oben genannten Verfahren bekannt. Hierzu wird z. B. für Chargen größer 20 Tonnen eine Verfahrenskombination luftoffener Konverter (OTB) mit nachgeschalteter Vakuumentkohlung in der Pfanne (VOD) benutzt. Der OTB-Konverter wird dazu verwendet, um in kürzester Zeit hohe Kohlenstoffgehalte bis auf definierte Zwischengehalte in einer Schmelze mittels Sauerstoff zu entfernen. Danach wird die Schmelze in eine Pfanne abgestochen und in einer VOD-Anlage weiter behandelt. Dies führt zu langen Behandlungszeiten.

Für Chargengewichte bis 20 t ist es durchaus möglich, zur Entkohlung von Schmelzen mit hohen Ausgangskohlenstoffgehalten Vakuumkonverter einzusetzen, die sich dem VOD-Verfahren bedienen, um den Kohlenstoff in kurzer Zeit zu entfernen. Andererseits werden für Chargengewichte größer 20 t keine VOD-Konverter mehr eingesetzt, da diese Chargengrößen günstiger in Pfannen behandelt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kombination der beiden an sich bekannten Verfahren anzugeben, welche die Behandlungszeiten der Stahlschmelzen verkürzt, keine zusätzlichen Vorrichtungskosten verursacht und eben eine wirtschaftlichere Herstellungsweise als nach den bisherigen, getrennten Verfahren beschreibt.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß dem einzigen Patentanspruch gelöst.

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

Die Pfanne wird nur noch als Transportgefäß benutzt. Dies bedeutet einen geringeren Pfannenfreibord. Bei der Einführung von Vakuumbehandlung in Stahlwerken müßten die Pfannen zu höheren Freiborden umgerüstet werden. Da eine Erhöhung der Pfannen meist nicht möglich ist, durch die Abmessungen der Stranggußanlagen oder zu geringer Kranhöhe in der Schmelz- und Gießhalle, kann die Vakuumbehandlung in einen Konverter verlegt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich durch kleinere Abpumpvolumina, da beim Konverter nur der Reaktionsraum 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. Wasserstoffentfernung und Tiefentkohlung sind problemlos durchzuführen. Ein weiterer Vorteil besteht im Verhältnis Badhöhe zu Baddurchmesser. Da im Konverter eine größere, freie Oberfläche zur Verfügung steht, kann eine Entgasung wesentlich einfacher erfolgen. Die geringere, ferrostatische Höhe führt zu besseren Gleichgewichtsbedingungen bei der Entgasung. Die Gleichgewichtsbedingungen können durch das stärkere Spülen im Konverter gegenüber der Pfanne weiter verbessert werden. Zur besseren Entschwefelung trägt die größere Badoberfläche bei.

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

• a) Bei Atmosphärendruck ist eine Entkohlung von Edelstählen durch das C-Cr-O-Gleichgewicht begrenzt. 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 im Behandlungsgefäß weiter behandelt.
• b) Bei unlegierten und niedriglegierten Stählen kann der Kohlenstoff problemlos heruntergefrischt werden. Diese Stähle benötigen höchstens eine Vakuumentgasung (VD). Zur Zeit werden Konverter bis zu 80 t nach diesem Verfahren betrieben.

Das VOD-Verfahren wird zum Frischen unter Unterdruck 200-20 hPa eingesetzt. Zum Evakuieren wird ein Pumpsatz verwendet, der entweder aus mechanischen 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-Verfahrensschritten a) und b) behandelt, unlegierte und niedriglegierte Stähle nach dem Verfahrensschritt b).

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

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

Beide Verfahren unterscheiden sich außerdem im Behandlungsdruck in der Einleitung von Gasen durch den Konverterboden. Dazu ist es denkbar, beide Prozesse mit Sauerstoff von unten (mittels Düsen/­ Spülstein) als auch von oben mittels Lanze zu betreiben.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel für einen möglichen Verfahrensablauf exemplarisch beschrieben:

Die Schmelze wird in den Konverter eingefüllt, der Konverter in Blasposition geschwenkt und die Absaughaube über den Konverter gefahren. Im ersten Blasprozeß wird unter Atmosphärendruck der Kohlenstoff 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 indem Sauerstoff von oben und unten her eingeblasen wird.

Dabei kann von unten her auch mit Ar, N₂ oder anderen Inertgasen, zur Kühlung der Düse, und um ein Überhitzen der Stahlschmelze im Bodenbereich zu vermeiden, gespült werden.

Nach dem Blasen wird die Absaughaube weggeschwenkt und der Konverter in horizontale Position gefahren. Jetzt werden Temperaturmessungen und Probenahmen 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, indem Sauerstoff von unten und oben her in den Konverter eingeblasen wird und anschließend die Schmelze unter Tiefvakuum ausgekocht wird. Danach wird der Konverter geflutet und das Reduktionsgemisch aufgegeben. Nun können Feinkorrekturen durchgeführt und ein weiterer Zyklus unter Vakuum, die Vakuumentgasung, angeschlossen 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 behandelte Charge dargestellt.

Tafel 1

Analysenbeispiel einer im erfindungsgemäßen Doppelverfahren behandelten Charge

Claims (1)

1. Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen mit einem ersten Verfahrensschritt, bei dem Sauerstoff unter Atmosphärendruck, und mit einem zweiten Verfahrensschritt, bei dem Sauerstoff unter Vakuum der Schmelze zugeführt wird, wobei beide Verfahrensschritte im selben Behandlungsgefäß erfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Verfahrensschritten die Zufuhr von Sauerstoff sowohl von unten, als auch von oben her erfolgt.