DE4405198A1 - Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen - Google Patents
Verfahren zur Entkohlung von StahlschmelzenInfo
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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 und
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 20t 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 20t 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.
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 200-20 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 Verfahrensschritt
b).
Zur Zeit werden Converter bis zu 20 t nach diesem
Verfahren betrieben. Das VOD-Verfahren für Pfannen
ist ab 25t 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:
- 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 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.
Claims (13)
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 zur Entkohlung von Stahlschmelzen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine zu behan
delnde Schmelze in einem ersten Vefahrens
schritt durch Zufuhr von Sauerstoff unter At
mosphärendruck und in einem zweiten Verfah
rensschritt unter Vakuum behandelt wird und
daß beide Verfahrensschritte nacheinander im
selben Behandlungsgefäß durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Behandlung eine
Entkohlung und/oder eine Entgasung zur
Einstellung der C-, S- und H₂-Werte der
Schmelze ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Behandlungsgefäß ein
Konverter verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß für den Konverter eine Staub
schutzhaube und eine Vakuumhaube vorgesehen
sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Konverter mit Unterbaddüsen
ausgerüstet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß durch die Unterbaddüsen Sauer
stoff, eine Mischung aus Sauerstoff und
Inertgas oder Inertgas in die Schmelze ein
leitbar ist.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Konverter mit einer Sauer
stoffblaslanze ausrüstbar ist.
9. 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.
10. 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.
11. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schmelze aus Bau-,
Edel- oder Sonderstahl besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Druck im Behandlungsge
fäß während der Entkohlung im Vakuum-Verfah
rensschritt zwischen 20-200 hPa beträgt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Druck im
Behandlungsgefäß während der Entgasung im
zweiten Vakuum-Verfahrensschritt kleiner 2
hPa beträgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4405198A DE4405198A1 (de) | 1994-01-18 | 1994-02-18 | Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944401244 DE4401244C2 (de) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen |
DE4405198A DE4405198A1 (de) | 1994-01-18 | 1994-02-18 | Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4405198A1 true DE4405198A1 (de) | 1995-09-28 |
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ID=6508112
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944401244 Expired - Lifetime DE4401244C2 (de) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen |
DE4405198A Ceased DE4405198A1 (de) | 1994-01-18 | 1994-02-18 | Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944401244 Expired - Lifetime DE4401244C2 (de) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE4401244C2 (de) |
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1994
- 1994-01-18 DE DE19944401244 patent/DE4401244C2/de not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
DE4401244A1 (de) | 1995-07-20 |
DE4401244C2 (de) | 2002-11-07 |
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