DE69624783T2

DE69624783T2 - Verfahren zum vakuumfeinen von stahlschmelze

Info

Publication number: DE69624783T2
Application number: DE69624783T
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Fujiwara; Shinya Kitamura; Kenichiro Miyamoto; Shinji Sasakawa; Kimitoshi Yonezawa
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2016-08-02
Also published as: EP1154023A1; CN1165541A; AU6630096A; EP0785284A4; KR970706411A; WO1997005291A1; EP0785284A1; CN1066775C; CA2201364A1; DE69624783D1; ES2181905T3; AU695201B2; CA2201364C; EP0785284B1; KR100214927B1; US5902374A; BR9606545A; TW406131B

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuumfeinen bzw. Vakuumfrischen einer Stahlschmelze. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Vakuumfrischverfahren zum Feinen bzw. Frischen einer Stahlschmelze mit einem glattzylindrischen Vakuumgefäß bzw. einem Vakuumgefäß mit geradem Zylinder ohne Gefäßboden.

Beschreibung des Standes der Technik

In einem Vakuumfrischofen wird Sauerstoffgas auf eine Schmelze aufgeblasen, die durch Aufblasen gefrischt bzw. gefeint werden soll. Die Aufgaben des Einblasens von Sauerstoffgas durch Aufblasen sind nachstehend beschrieben. Die erste Aufgabe ist eine "Entkohlung", bei der Sauerstoffgas mit in der Stahlschmelze enthaltenem Kohlenstoff zur Reaktion gebracht wird, wenn Sauerstoffgas aufgeblasen wird. Die zweite Aufgabe ist eine "Al-Erwärmung", bei der die Temperatur der Stahlschmelze erhöht wird, wenn Al, das der Stahlschmelze zugesetzt wird, durch Sauerstoffgas verbrannt wird, das durch Aufblasen auf die Stahlschmelze geblasen wird. Die dritte Aufgabe ist eine "Entschwefelung", bei der der Stahlschmelze ein Flußmittel, z. B. Kalk, zusammen mit einem Trägergas zugesetzt wird. Die vierte Aufgabe ist eine "Brennererwärmung", bei der Sauerstoffgas und ein verbrennungsförderndes Gas eines Kohlenwasserstoffs, z. B. LNG (verflüssigtes Erdgas), aufgeblasen wird, um ein Vakuumgefäß zu erwärmen und anhaftendes Metall zu vermeiden.
Herkömmlich ist der DH (Vakuumheber) als Vakuumfrischofen bekannt, der aus einem glattzylindrischen Vakuumgefäß und einem Tauchrüssel besteht. Bei dem DH hebt und senkt sich jedoch ein Vakuumgefäß zur Zirkulation einer Stahlschmelze, und es ist keine Stahlschmelze im Vakuumgefäß vorhanden, wenn es in der obersten Stellung ist. Demzufolge kollidiert beim Aufblasen von Sauerstoffgas das Sauerstoffgas direkt mit dem Boden des Vakuumgefäßes. Dadurch wird das feuerfeste Material des Gefäßbodens durch das kollidierende Sauerstoffgas beachtlich beschädigt. Aus dem oben genannten Grund ist ein Verfahren zum Aufblasen von Sauerstoffgas aus einer Aufblaslanze bisher überhaupt nicht angewendet worden.
Obwohl es sich nicht um Vakuumfrischen handelt, wird ein Sekundärfrischofen, in dem das Aufblasen von Sauerstoffgas mit einem glattzylindrischen Tauchrüssel erfolgt, in S1086 des Bandes 71 von "Iron and Steel", veröffentlicht 1985, als "CAS- OB-Verfahren" beschrieben. Die Aufgabe des vorstehenden Verfahrens ist es, die Temperatur der Stahlschmelze durch Verbrennen von Al zu erhöhen. Die folgenden Probleme können jedoch bei dem vorstehenden Verfahren auftreten. In dem oben beschriebenen Verfahren kann ein Druckreduktionsprozeß erfolgen. Wenn ein Schmelzprozeß mit einem sehr kohlenstoffarmen Stahl und ein Dehydrierprozeß zusammen mit der "Al-Erwärmung" durchgeführt werden müssen, muß ein anderer Frischofen bereitgestellt werden, so daß sich die Ausrüstungskosten erhöhen. Da der Vorgang unter Atmosphärendruck erfolgt, kann die Stahlschmelze nicht ausreichend bewegt werden, und die Wärmeübertragungseffizienz ist gering. Um die Wärmeübertragungseffizienz zu verbessern, muß die Prozeßzeit bzw. Verarbeitungszeit verlängert werden.
Da bei der Entkohlungsreaktionsbehandlung, die zur Herstellung eines ultrakohlenstoffarmen Stahls durch aufgeblasenen Sauerstoff in einem Bereich erfolgt, dessen Kohlenstoffkonzentration nicht größer als 0,1% ist, die Kohlenstoffkonzentration sehr gering ist, erzeugt das Sauerstoffgas, das aufgeblasen worden ist, vorübergehend ein Eisenoxid auf der Oberfläche der Stahlschmelze, und dieses Eisenoxid reagiert mit dem in der Stahlschmelze enthaltenen Kohlenstoff und wird durch diesen reduziert. Um die Reduktionsreaktion zu erleichtern, muß der Wärmepunkt erhöht werden, um günstige Bedingungen vom Standpunkt der Wärmedynamik und der Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen. Dadurch muß ein sogenannter Starkblasvorgang durchgeführt werden, bei dem der aufgeblasene Sauerstoff mit hoher Strahlintensität zur Kollision mit der Oberfläche der Stahlschmelze gebracht wird.
Was ein Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze betrifft, bei dem eine RH-Vakuumfrischvorrichtung mit einem Gefäßboden verwendet wird und eine wassergekühlte Aufblaslanze, die von oben in ein Vakuumgefäß eingefügt ist, einen Sauerstoffstromstrahl zum Frischen der Stahlschmelze in das Vakuumgefäß bläst, so ist ein Beispiel dafür in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 2-54 714 dargestellt. Daher ist dieses Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze allgemein bekannt.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze zeigt, das in einer herkömmlichen RH-(Umlauf-)Vakuumentgasungsvorrichtung erfolgt. Der Vorgang wird nachstehend beschrieben. Im Gefäßboden 22 des Vakuumgefäßes 21 ist ein Ansaugrüssel 23 vorgesehen. Von einem unteren Ende des Ansaugrüssels 23 wird Gas in das Vakuumgefäß 21 geblasen, so daß die Stahlschmelze 24 aus einer Pfanne 25 in das Vakuumgefäß 21 gesaugt werden kann. Im Vakuumgefäß 21 wird aus einer Aufblaslanze 26 ein Sauerstoffstrahl 27 auf die Oberfläche der Stahlschmelze 24 geblasen. Auf diese Weise wird die Stahlschmelze 24 einem Entkohlungsprozeß und einer Al- Erwärmung unterzogen, und die derartig bearbeitete Stahlschmelze 24 kehrt über einen Rückflußrüssel 28 in die Pfanne 25 zurück. Wenn die Stahlschmelze 24 zwischen der Pfanne 25 und dem Vakuumgefäß 21 derartig zirkuliert, wird sie kontinuierlich behandelt.
Wenn jedoch aus der Aufblaslanze 26 in der oben beschrieben RH-Vakuumfrischvorrichtung Sauerstoff zugeführt wird, dann ist der Betrieb auf verschiedene Weise eingeschränkt, da das Vakuumgefäß 21 einen Gefäßboden 22 hat, und es können die folgenden Probleme auftreten.
Bei der RH-Vakuumfrischvorrichtung beträgt das Vakuum, das zum Ansaugen der Stahlschmelze 24 aus der Pfanne 25 notwendig ist, damit die Stahlschmelze 24 den Gefäßboden 22 des Vakuumgefäßes 21 erreichen kann, normalerweise nicht mehr als 200 Torr (ein Druckwert, der in "Torr" angegeben ist, kann durch Multiplikation mit "133,3223684" in die SI-Einheit "Pa" umgerechnet werden). Um die Stahlschmelze 24 danach zirkulieren zu lassen, wird das Vakuum weiter erhöht, und es wird notwendig, ein hohes Vakuum von nicht mehr als 150 Torr beizubehalten. Wenn Sauerstoffgas aus der Aufblaslanze 26 in einem druckreduzierten Zustand aufgeblasen wird, muß ein Hochvakuumzustand beibehalten werden. Wenn kein Hochvakuumzustand beibehalten wird, kollidiert der Sauerstoffstrahl 27 mit dem Gefäßboden 22, und das feuerfeste Material im Gefäßboden wird zerstört, da die Stahlschmelzentiefe T gering ist. Demzufolge müssen bei der Durchführung des Starkblasbetriebs die folgenden Einschränkungen gemacht werden. Um beispielsweise die Tiefe L einer Höhlung 29 zu erhalten, muß ein sehr hohes Vakuum von etwa 10 Torr gehalten werden, so daß die Höhe der Stahlschmelze angehoben werden kann, um die Tiefe T der Stahlschmelze auf dem Gefäßboden 22 im Vakuumgefäß 21 zu halten.
Wenn Sauerstoff bei einer niedrigen Vakuumgüte aus der Aufblaslanze aufgeblasen wird, ist die Menge der anzusaugenden Stahlschmelze klein, so daß die Tiefe T der Stahlschmelze im Vakuumgefäß 21 klein ist. Deshalb kollidiert aus dem gleichen Grund, wie oben beschrieben, der Sauerstoffstrahl 27 mit dem Gefäßboden 22, und das feuerfeste Material im Gefäßboden wird zerstört. Deshalb ist die Tiefe der Höhlung, die durch den Sauerstoffstrahl 27 entsteht, eingeschränkt. Infolgedessen darf kein Starkblasbetrieb erfolgen, und es muß ein sogenannter Schwachblasbetrieb erfolgen, bei dem bewirkt wird, daß der aufgeblasene Sauerstoff mit niedriger Strahlintensität mit der Oberfläche der Stahlschmelze kollidiert.
Folglich können in der RH-Vakuumfrischvorrichtung die folgenden Probleme auftreten. Wenn Sauerstoffgas mit einem reduzierten Druck aufgeblasen wird, der eingeschränkt wird, wie oben beschrieben, dann wird, da bei einer niedrigen Vakuumgüte zu Beginn der Behandlung kein Starkblasbetrieb erfolgen kann, die Reduktion des Eisenoxids verzögert und die Entkohlungsreaktionsgeschwindigkeit herabgesetzt. Außerdem ist die Strahlgeschwindigkeit des Sauerstoffgases niedrig. Nachdem die Lanze abgeblasen worden ist, reagiert daher der Sauerstoff in der Umgebung des Strahls mit dem CO-Gas in der Atmosphäre, so daß CO&sub2; entsteht, d. h. die Nachverbrennung wird aktiv durchgeführt, z. B. mit einer Nachverbrennungsrate von nicht weniger als 20%. Demzufolge wird die Temperatur im Gefäß unnötig erhöht, und das feuerfeste Material des Vakuumgefäßes wird beschädigt.
Wenn dagegen eine Vakuumfrischvorrichtung, die nachstehend als zylindrische bzw. glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung bezeichnet wird, für den Frischvorgang verwendet wird, bei dem ein unterer Abschnitt des glattzylindrischen Vakuumgefäßes ohne Boden in die Stahlschmelze in der Pfanne eingetaucht wird, kann Sauerstoff auch bei einer niedrigen Vakuumgüte aufgeblasen werden, weil kein Gefäßboden vorhanden ist. Wenn Sauerstoff in die oben genannte Frischvorrichtung aufgeblasen wird, muß die Vakuumfrischvorrichtung auf einer niedrigen Vakuumgüte gehalten werden, um die Entkohlungsreaktion zu erleichtern. Der Grund dafür ist, daß Eisenoxid bei einer unnötig hohen Vakuumgüte nur schwer aus dem Vakuumgefäß herausströmt, so daß sich die Entkohlungseffizienz verringert. Wenn dagegen die Vakuumgüte zu niedrig ist, wird die Zirkulation der Stahlschmelze schlechter, und die Stahlschmelze kann nicht hinreichend vermischt werden. Demzufolge verringert sich die Entkohlungseffizienz.
Beispiele, in denen nichtrostender Stahl in der oben erwähnten glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung durch Aufblasen gefrischt wird, sind in den ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen 1-156 416, 61-37 912, 5-105 936 und 6-228 629 offenbart. In den oben genannten Beispielen ist die Kohlenstoffkonzentration, bei der die Entkohlung beginnt, in einem hohen Kohlenstoffkonzentrationsbereich von nicht kleiner als 0,2%. Ferner findet sich in den oben genannten Patentveröffentlichungen keine spezifische Beschreibung der Sauerstoffblasbedingungen.
Bei der Entkohlungsreaktion, die bei der oben erwähnten hohen Kohlenstoffkonzentration erfolgt, reagiert der aufgeblasene Sauerstoff direkt mit dem Kohlenstoff in der Stahlschmelze, da die Kohlenstoffkonzentration hoch ist. Unter den oben beschriebenen Umständen entsteht kein Eisenoxid. Demzufolge treten auch keine Probleme auf, wenn in der Vakuumfrischvorrichtung Konverterschlacke vorhanden ist. Da die Kohlenstoffkonzentration hinreichend hoch ist, werden die Bewegungs- und Mischcharakteristik und die Entkohlungseffizienz auch nicht beeinträchtigt. Demzufolge kann in diesem Fall die Entkohlung um so effektiver erfolgen, je höher das Vakuum in der Vakuumfrischvorrichtung ist. In den oben genannten bekannten Dokumenten offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung 5-105 936 ein Beispiel, bei dem die Vakuumgüte auf 200 Torr gehalten wird, und die japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen 1-156 416, 61-037 912 und 6-228 629 offenbaren Beispiele, in denen die Vakuumgüte auf 100 oder 50 Torr gehalten wird.
Wenn die Kohlenstoffkonzentration hoch ist, dann gilt als Prinzip der Entkohlung folgendes: Je höher die Vakuumgüte ist, um so vorteilhafter ist die Wirkung, die erreicht werden kann. Um jedoch die Vakuumfrischvorrichtung in einem Hochvakuumzustand zu halten, erhöht sich notwendigerweise die Investition in Anlage und Ausrüstung für das Vakuumpumpensystem, da eine große Menge CO-Gas entsteht und die Stahlschmelze ferner im Prozeß heftig spritzt. Daher muß die Höhe der Vorrichtung zur Verhinderung des Spritzens erhöht werden. Infolgedessen erhöht sich die Investition in Anlage und Ausrüstung. Aus den oben genannten Gründen wird die Vakuumgüte in den oben genannten Beispielen auf 100 oder 50 Torr gehalten. In den oben genannten bekannten Dokumenten ist beschrieben, daß das Frischen fortgesetzt wird, bis die Kohlenstoffkonzentration 0,01 bis 0,02% erreicht. Metallurgische Wirkungen zeigen sich jedoch licht, wenn die Kohlenstoffkonzentration auf einen Wert kleiner als 0,1% beschränkt ist.
Es können jedoch, wie später beschrieben wird, in einem Hochvakuumzustand, in dem die Vakuumgüte höher als 105 Torr ist, Schlackepartikel, die in der Stahlschmelze eingeschlossen sind, nur schwer aus dem Gefäß strömen, so daß die Entkohlungssauerstoffeffizienz niedrig ist. Bei einer Vakuumgüte, die niedriger als 195 Torr ist, wird deshalb die Bewegungsenergie reduziert, und die Stahlschmelze kann nicht hinreichend bewegt und gemischt werden. Aus diesem Grund verringert sich die Entkohlungseffizienz.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 7- 179 930 offenbart ein Beispiel, bei dem reiner Kohlenstoffstahl unter der Bedingung gefrischt wurde, daß die Vakuumgüte auf 200 Torr gehalten und Sauerstoff aufgeblasen wurde, so daß die Kohlenstoffkonzentration in einem Bereich von 0,03 bis 0,001% lag. In diesem Fall war die Nachverbrennungsrate nicht kleiner als 78%, und die Entkohlungssauerstoffeffizienz war sehr niedrig. Der Grund war, daß die Höhlungstiefe, die durch Berechnung nach der später zu beschreibenden Formel ermittelt wurde, nur 52 mm betrug, d. h. das Sauerstoffgas kollidierte im Schwachblasbetrieb mit der Stahlschmelze. Außerdem kann man überlegen, ob die Vakuumgüte zu niedrig war, so daß die Stahlschmelze nicht hinreichend bewegt und gemischt wurde und die Entkohlungseffizienz sich weiter verschlechterte. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 6-116 627 offenbart ein Verfahren, bei dem die Stahlschmelze, deren Kohlenstoffkonzentration 0,03 bis 1,0% beträgt, einem ausgeblasenen Sauerstoff ausgesetzt wird und das Vakuum P entsprechend folgender Gleichung gesteuert wird: P (Torr) = a + 980 · [%C] (a = 170 bis 370). Die Aufgabe dieses Verfahrens ist eine Stickstoffentfernung. Obwohl über die Entkohlungseffizienz nicht berichtet wird, ist die Vakuumgüte 199 bis 390 Torr, wenn die Kohlenstoffkonzentration 0,03% beträgt, was der niedrigste Wert ist. Bei der oben beschriebenen niedrigen Vakuumgüte verringert sich die Rührenergie. Deshalb kann die Stahlschmelze nicht hinreichend gerührt und gemischt werden, und die Entkohlungseffizienz verschlechtert sich. Ferner wird in der oben genannten Patentveröffentlichung nicht beschrieben, wie das Aufblasen von Sauerstoff erfolgt, was ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung der Entkohlungseffizienz ist, d. h. es wird nicht beschrieben, ob Starkblasbetrieb oder Schwachblasbetrieb durchgeführt wird.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 6- 116 626 offenbart eine Technik, bei der die Stahlschmelze bei einer Vakuumgüte von 760 bis 100 Torr gefrischt wird, während ein Mischungsverhältnis zwischen aufgeblasenem Sauerstoffgas und Ar-Gas entsprechend der Vakuumgüte geändert wird. Es wird beschrieben, daß die Kohlenstoffkonzentration zu Beginn der Entkohlung 1,0 bis 0,1% beträgt. Dieser Vorgang erfolgt hauptsächlich bei einer hohen Kohlenstoffkonzentration. Auch in diesem Fall wird in der oben genannten Patentveröffentlichung nicht beschrieben, wie das Aufblasen von Sauerstoff erfolgt, was ein wichtiger Faktor zur Verbesserung der Entkohlungseffizienz ist, das heißt, es wird nicht beschrieben, ob Starkblasbetrieb oder Schwachblasbetrieb durchgeführt wird. Ferner wird nicht über den effektiven Entkohlungszustand berichtet, wenn reines Sauerstoffgas verwendet wird.
Nach dem Stand der Technik, bei dem die glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung verwendet wird, sind Beispiele in einem Bereich gezeigt, in dem die Kohlenstoffkonzentration hoch ist und auch solche, wo die Vakuumgüte zu niedrig ist, wobei sich die Entkohlungsprinzipien stark voneinander unterscheiden. Was die Sauerstoffblasbedingungen betrifft, so wird nur anerkannt, daß in dem Beispiel Schwachblasbetrieb erforderlich ist und keine technischen Untersuchungen über die geeigneten Sauerstoffblasbedingungen durchgeführt worden sind.
In der glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung ist der folgende Betriebsablauf effektiv. Vor dem Einblasen von Sauerstoffgas in das Vakuumgefäß zum Zwecke der Entkohlung wird, um die Temperatur der Stahlschmelze im Vakuumgefäß der Frischvorrichtung zu erhöhen, der Stahlschmelze Al-Legierung hinzugesetzt, und aufgeblasener Sauerstoff wird der Oberfläche der Stahlschmelze zugeführt, so daß Al verbrennt, um die Temperatur der Stahlschmelze zu erhöhen. Die oben erwähnte Al- Erwärmung ist eine Technik, bei der der Stahlschmelze Al- Legierung kontinuierlich oder einmalig zugesetzt wird, und während des oben genannten Al-Legierungszusatzvorgangs wird Sauerstoff auf die Metallschmelze geblasen, so daß Al oxidiert und die Temperatur der Stahlschmelze durch die Wärme erhöht wird, die bei der Oxidation von Al entsteht. Wenn in diesem Fall in der Stahlschmelze enthaltener Kohlenstoff oxidiert, wird eine zur Oxidierung des Al verwendete Sauerstoffmenge reduziert. Deshalb wird nicht bevorzugt, den in der Stahlschmelze enthaltenen Kohlenstoff zu oxidieren. Der aufgeblasene Sauerstoff muß mit Al zur Reaktion mit einer hohen Effizienz zur Reaktion gebracht werden. Außerdem muß die derartig erzeugte Wärme mit hoher Effizienz an die Stahlschmelze abgegeben werden. Vom Standpunkt der Thermodynamik oxidieren Kohlenstoff und Al jeweils folgendermaßen. Wenn der partielle CO-Druck hoch ist, d. h. wenn das Vakuum niedrig ist, tritt die Oxidation von Al vor der Oxidation des Kohlenstoffs ein. Wenn jedoch der partielle CO-Druck niedriger ist, d. h. wenn das Vakuum hoch ist, tritt die Oxidation des Kohlenstoffs vor der Oxidation des Al ein. Folglich ist bisher die geeignete Vakuumgüte im tatsächlichen Betriebsablauf aus den folgenden Gründen nicht bekannt. Obwohl ein niedriges Vakuum zur Unterdrückung der Oxidation des Kohlenstoffs notwendig ist, wird in einem freien Oberflächenbereich, in dem die Reaktion auftritt, die Temperatur durch die Reaktion erhöht, und der partielle CO-Druck ist nicht der gleiche wie die Vakuumgüte.
Ferner muß das in der Reaktion erzeugte Al&sub2;O&sub3; aus dem Vakuumgefäß effektiv abgeführt werden. Der Grund wird unten beschrieben. Wenn eine große Menge Al&sub2;O&sub3; an der Oberfläche des Vakuumgefäßes suspendiert ist, dann wird Al&sub2;O&sub3;, da seine Wärmeleitung gering ist, da es ein Oxid ist, zum Wärmeübertragungswiderstand. Demzufolge verschlechtert sich der Wärmeübergangskoeffizient auf dem Oberflächenbereich des Vakuumgefäßes, so daß sich die Wärmeübertragungseffizienz verringert. Um Schlacke aus dem Vakuumgefäß abzuführen, muß das Vakuumgefäß auf einer niedrigen Vakuumgüte gehalten werden. Der Grund, warum das Vakuumgefäß in einem niedrigen Vakuumzustand gehalten wird, wird nachstehend beschrieben. Wenn das Vakuumgefäß auf einer hohen Vakuumgüte gehalten wird, wird ein Abstand zwischen dem unteren Ende des Tauchabschnitts und der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß größer, und Schlackepartikel, die in der Stahlschmelze eingeschlossen sind, werden in einem nach unten fließenden Strom mitgeführt, aber sehr wenige Schlackepartikel kommen am unteren Ende des Tauchabschnitts an, und die meisten Schlackepartikel zirkulieren im Vakuumgefäß. Der oben genannte Schlackestrom steigt zu einer Blasenaktivierungsfläche auf, wobei er von einem ansteigenden Strom mitgeführt wird. Dadurch sammelt sich eine Al&sub2;O&sub3;-Menge, die im Oberflächenbereich suspendiert ist, an, so daß die Wärmeübertragungseffizienz herabgesetzt wird.
Ein effektives Mittel zur Abführung des Al&sub2;O&sub3; aus der glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung ist bisher nicht gefunden worden.
Um die erzeugte Wärme effektiv auf die gesamte Stahlschmelze zu übertragen, muß die Menge der zirkulierenden Stahlschmelze hinreichend groß ist. In diesem Fall kann die Menge der zirkulierenden Stahlschmelze kleiner sein als die beim Aufblasen von Sauerstoff, das zum Zweck der Entkohlung erfolgt. Der Grund ist, daß nicht nur eine durch einen zirkulierenden Stahlschmelzestrom bewirkte Konvektionswärmeübertragung, sondern auch eine durch einen Temperaturunterschied verursachte Leitungswärmeübertragung zur Wärmeübertragung beiträgt. Wenn jedoch die Vakuumgüte zu niedrig ist, dehnt sich das in die Stahlschmelze eingeblasene Gas stark aus, wenn es zur Oberfläche steigt. Demzufolge wird die Rührenergie reduziert, und die Stahlschmelze wird nicht hinreichend gerührt und gemischt. Infolgedessen verringert sich die Wärmeübertragungseffizienz. Dadurch muß die Vakuumgüte auf dem am besten geeigneten Wert gehalten werden.
In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 58-9 914 wird beschrieben, daß eine Entschwefelung nach einer Hochvakuum-Entkohlungs- oder Stickstoffentfernungsbehandlung in dem Verfahren zum Frischen der Stahlschmelze erfolgt, das mit einem reduzierten Druck arbeitet. In der oben genannten Patentveröffentlichung ist ein Verfahren offenbart, bei dem Pulver zum Frischen mit einem reduzierten Druck bei einer hinreichend hohen Geschwindigkeit auf die Stahlschmelze aufgeblasen wird, so daß das Pulver in die Stahlschmelze gelangen kann. Bei dem oben genannten Verfahren darf eine Strömungsgeschwindigkeit des auf die Stahlschmelze zu blasenden Gases nicht kleiner als Mach 1 sein, d. h. wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gases höher ist als Mach 1, kann das Pulver zum Frischen hinreichend in die Stahlschmelze gelangen.
In dem oben genannten Verfahren ist die Strömungsgeschwindigkeit des auf die Stahlschmelze zu blasenden Gases sehr hoch, wie oben beschrieben. Demzufolge spritzt die Stahlschmelze, und Lanze und feuerfestes Material im Gefäß werden zerstört, und ferner haftet das Metall an der Innenseite des Gefäßes. Um das anhaftende Metall zu entfernen, ist Zeit und Arbeitskraft notwendig. Um das Gas mit hoher Strömungsgeschwindigkeit von nicht weniger als Mach 1 einzublasen, muß der Düsendurchmesser der Lanze reduziert werden. Wenn ein Frischmittel durch die in dieses eingefügte Aufblaslanze in das Vakuumgefäß geblasen wird, muß zusätzlich zum gewöhnlichen Sauerstoffblasloch ein neues Blasloch ausgebildet sein, das zum Einblasen des Frischmittels verwendet wird, was ein Problem in bezug auf die Vorrichtung verursacht. Wenn dagegen das Frischmittel durch die Sauerstoffaufblaslanze aufgeblasen wird, muß eine große Menge Trägergas zugeführt werden, um die Blasgeschwindigkeit sicherzustellen. Infolgedessen verringert sich die Temperatur, und ferner erhöhen sich die Betriebsmittelkosten.
Die ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen 5- 287 357 und 5-171 253 offenbaren ein Verfahren, bei dem eine RH-Vakuumfrischvorrichtung mit einem Gefäßboden verwendet wird und zum Frischen verwendetes Pulver aus einer in ein Vakuumgefäß eingefügten wassergekühlten Aufblaslanze aufgeblasen wird, um die Stahlschmelze zu frischen.
In den oben genannten Patentveröffentlichungen wird folgendes beschrieben. Um die Pulvereinfangeffizienz zu verbessern, wird vorzugsweise ein Starkblasbetrieb durchgeführt. Wenn der Starkblasbetrieb in einer RH-Vakuumfrischvorrichtung erfolgt, muß verhindert werden, daß ein Sauerstoffstrahl mit dem Gefäßboden kollidiert. Wenn Sauerstoffgas aus der Aufblaslanze in das Vakuumgefäß geblasen wird, muß daher eine Stahlschmelzehöhe entsprechend der Tiefe einer in der Stahlschmelzeoberfläche ausgebildeten Höhlung sichergestellt werden. Wenn aus diesem Grund Pulver zum Frischen in das Vakuumgefäß geblasen wird, muß eine hohe Vakuumgüte von nicht mehr als 100 Torr gehalten werden. Wenn das Vakuumgefäß jedoch auf einer hohen Güte des Vakuumzustands gehalten wird, erhöht sich die Menge des Pulvers, die mit dem Absauggas abgesaugt wird. Infolgedessen verringert sich die Pulvereinfangeffizienz in bezug auf die Stahlschmelze, und die Reaktionseffizienz verschlechtert sich. Um die Pulvereinfangeffizienz zu verbessern, muß die Blasgeschwindigkeit erhöht werden.
Was die Zirkulationsgeschwindigkeit der Stahlschmelze im Gefäß oder in der Pfanne der herkömmlichen Vakuumfrischvorrichtung betrifft, so ist die Erneuerungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze nicht hoch, so daß eine hohe Blasgeschwindigkeit erforderlich ist. Wenn jedoch die Strahlgeschwindigkeit des Trägergases zum Zweck der Erhöhung der Blasgeschwindigkeit des Pulvers erhöht wird, das zum Frischen verwendet wird, erhöht sich die Menge des einströmenden Gases, und außerdem erhöht sich die Aufspaltung. Deshalb wird nicht bevorzugt, die Strahlgeschwindigkeit des Trägergases zu erhöhen. Wie herkömmlich bekannt, ist die Pulvergeschwindigkeit höchstens nur halb so hoch wie die Trägergasgeschwindigkeit, und ferner wird berichtet, daß die Tiefe des Eindringens des Pulvers unabhängig von der Menge des strömenden Trägergases konstant ist. Aus den oben genannten Gründen ist es nicht vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit des Trägergases erhöht wird.
Ein Beispiel, bei dem ein Entschwefelungsmittel in einer glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung auf die Stahlschmelze geblasen wird, ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 6-212 241 offenbart. In der oben genannten Patentveröffentlichung wird jedoch nichts über das Vakuum und die Strömungsgeschwindigkeit ausgesagt, die wichtige Faktoren zur Bestimmung der Effizienz sind.
Wie oben beschrieben, wird der Zustand nicht offenbart, in dem das Entschwefelungsmittel der Stahlschmelze in der glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung zugesetzt wird.
Wenn bei dem Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze unter reduziertem Druck die Zusammensetzung der Stahlschmelze nach dem Prozeß der Entkohlung oder nach der Verarbeitung bei einer hohen Vakuumgüte reguliert wird, wird die Temperatur im Vakuumgefäß erhöht, um das anhaftende Metall zu unterdrücken. Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, wird die Stahlschmelze einer Brennererwärmung unter Verwendung einer Aufblaslanze unterzogen, so daß die Temperatur der Stahlschmelze erhöht werden kann.
Da im oben beschriebenen Fall der Druck im Vakuumgefäß reduziert wird, besteht die Tendenz, daß sich die Länge der Verbrennungsflamme verlängert, die aus der Aufblaslanze herausgeblasen wird. Wenn jedoch die Flamme die Oberfläche der Stahlschmelze erreicht, reagiert ein verbrennungsförderndes Mittel aus Kohlenwasserstoff, das noch nicht verbrannt ist, mit der Stahlschmelze, so daß sich die Konzentrationen von Kohlenstoff und Wasserstoff in der Stahlschmelze erhöhen, was ein ernstes Problem hervorruft. Um das oben beschriebene Problem zu lösen, kann die Vakuumgüte verringert werden, um die Länge der Flamme zu verkürzen, oder ein Abstand zwischen der Lanze und der Oberfläche der Stahlschmelze kann erhöht werden. Um im RH-Verfahren die Stahlschmelze zirkulieren zu lassen, muß die Stahlschmelze im Vakuumgefäß nach oben gesaugt werden. Deshalb kann die Vakuumgüte nicht reduziert werden. Demzufolge kann nur ein Verfahren zur Erhöhung der Lanzenhöhe verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird jedoch ein Abstand zwischen dem durchschnittlichen Flammenbereich und der Oberfläche der Stahlschmelze erhöht. Dadurch verringert sich die Wärmeübertragungseffizienz.
Was die Brennererwärmung betrifft, die in der glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung erfolgt, wird nichts Spezifisches offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, verschiedene Probleme des Standes der Technik zu lösen, indem der am besten geeignete Frischzustand in einem Vakuumgefäß ermöglicht wird, wenn eine Stahlschmelze zur Entkohlung in einer glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung gefrischt wird.
Das heißt, eine Aufgabe der Erfindung ist es, den am besten geeigneten Vakuum- und Sauerstoffzustand im Vakuumgefäß zu ermöglichen, um eine Stahlschmelze zu frischen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das am besten geeignete Al-Erwärmungsverfahren bereitzustellen, mit dem die Temperatur der Stahlschmelze im Vakuumgefäß auf einen vorbestimmten Wert erhöht wird.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den am besten geeigneten Entschwefelungszustand für eine Stahlschmelze im Vakuumgefäß zu erreichen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erwärmung der Stahlschmelze im Vakuumgefäß und der Oberfläche des feuerfesten Materials des Vakuumgefäßes durch Brennererwärmung bereitzustellen.
Die oben genannten Aufgaben der Erfindung können mit dem Verfahren gelöst werden, das in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Frischen wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird eine Stahlschmelze, deren Kohlenstoffgehalt durch Entkohlung in einem Konverter auf nicht mehr als 0,1% eingestellt worden ist, in ein Vakuumgefäß einer zylindrischen bzw. glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung eingebracht. Während die Atmosphäre in diesem Vakuumgefäß auf einer niedrigen Vakuumgüte von 105 bis 195 Torr gehalten wird, wird Sauerstoff aus einer Aufblaslanze auf die Stahlschmelze mit einer solchen Blasgeschwindigkeit aufgeblasen, daß die Tiefe einer Höhlung in bezug auf die feststehende Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß 150 bis 400 mm beträgt.
Wenn die Atmosphäre im Vakuumgefäß auf der oben beschriebenen niedrigen Vakuumgüte gehalten wird, kann ein Abstand zwischen einem unteren Ende des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes und einer Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß reduziert werden. Aufgrund dessen können Schlackepartikel, die in der Stahlschmelze an der Oberfläche der Stahlschmelze eingeschlossen sind, vom unteren Ende des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes leicht aus dem Vakuumgefäß heraus abgeführt werden. Infolgedessen können nahezu alle Schlackepartikel, die im Vakuumgefäß vorhanden sind, in einer kurzen Zeitperiode abgeführt werden. Demzufolge kann das im Prozeß des Blasens von Sauerstoff durch Aufblasen erzeugte Eisenoxid in der Stahlschmelze in Form von reinem FeO existieren. Aufgrund dieser Tatsache kann die Entkohlungssauerstoffeffizienz auf einem hohen Wert gehalten werden.
Um die Entkohlungseffizienz zu verbessern, muß eine Temperatur in einem Bereich (Wärmepunkt), wo ein Sauerstoffstrahl, der aus der Aufblaslanze aufgeblasen wird, auf die Oberfläche der Stahlschmelze trifft, erhöht werden. Aus diesem Grund wird Sauerstoff erfindungsgemäß aus der Lanze im Starkblasbetrieb aufgeblasen, so daß die Tiefe einer Höhlung 150 bis 400 mm beträgt. Auch wenn Sauerstoff im Starkblasbetrieb, wie oben beschrieben, aus der Lanze aufgeblasen wird, kann ein Spritzen des Metalls im Vakuumgefäß reduziert werden, da die Atmosphäre im Vakuumgefäß in einem Niedrigvakuumzustand ist, wie oben beschrieben. Demzufolge kann dieses Verfahren in der Praxis angewendet werden.
Vor der Entkohlung, die durch Aufblasen von Sauerstoff erfolgt, oder vor der Verarbeitung, die in einem Hochvakuum (Entkohlung oder Wasserstoffentfernung) erfolgt, oder vor der Regulierung der Zusammensetzung, die durch Legierungszuschlag erfolgt, wird als nächstes erfindungsgemäß die Atmosphäre im Vakuumgefäß auf einer niedrigen Vakuumgüte gehalten, und Al- Legierung wird in das Vakuumgefäß eingebracht, und dann wird Sauerstoff aus der Aufblaslanze zugeführt. In der oben beschriebenen Atmosphäre oxidiert Kohlenstoff selten. Demzufolge kann Sauerstoff zur Oxidierung von Al effektiv genutzt werden, und Al&sub2;O&sub3;-Partikel können leicht aus dem Gefäß abgeführt werden. Um eine höhere Reaktionseffizienz der Al-Legierung zu erreichen, wird vorzugsweise Sauerstoffgas aus der Aufblaslanze im Starkblasbetrieb aufgeblasen, so daß die Höhlungstiefe 50 bis 400 mm betragen kann.
Vor der Regulierung der Zusammensetzung durch Zuschlag einer Legierung, die nach der Entkohlung erfolgt, wird als nächstes erfindungsgemäß die Atmosphäre im Vakuumgefäß auf einer niedrigen Vakuumgüte von 120 bis 400 Torr gehalten, und ein Entschwefelungsmittel, dessen Hauptanteil gebrannter Kalk ist, wird zusammen mit einem Trägergas aus der Aufblaslanze in das Vakuumgefäß eingebracht. Wenn in dem oben beschriebenen Verfahren die Konzentration von "T·Fe + MnO" in der Konverterschlacke außerhalb des Vakuumgefäßes verringert wird, kann die Entschwefelungsreaktion der Stahlschmelze im Vakuumgefäß erleichtert werden, und ferner kann auf einfache Weise ereicht werden, daß das Entschwefelungsmittel, das in der Stahlschmelze eingeschlossen ist, aus dem Vakuumgefäß ausströmt. Aufgrund dieser Tatsache kann die Alkalität der Schlacke außerhalb des Gefäßes erhöht werden, so daß eine Rückphosphorisierung verhindert werden kann. Dadurch kann die Entschwefelungsbehandlung sehr effektiv durchgeführt werden.
Während die Zusammensetzung durch Zuschlag einer Legierung reguliert wird, wird die Atmosphäre im Vakuumgefäß auf einer niedrigen Vakuumgüte von 100 bis 400 Torr gehalten, und ein verbrennungsförderndes Gas aus Kohlenwasserstoff, z. B. LPG und Sauerstoffgas, werden als nächstes erfindungsgemäß aus der Aufblaslanze aufgeblasen, so daß ein Brenner angeordnet sein kann und die Stahlschmelze durch den angeordneten Brenner erwärmt wird. Auf diese Weise kann die Temperatur der Stahlschmelze reguliert werden, und es kann verhindert werden, daß Metall am Vakuumgefäß haftet.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren kann die Höhe der Lanze reduziert werden, so daß die Wärme sehr effektiv in die Stahlschmelze eingebracht werden kann. Wenn ferner die Konvektionswärmeübertragung und die Strahlungswärmeübertragung wirksam werden, kann die Wärmeübertragungseffizienz noch mehr verbessert werden.
Man beachte, daß die Erfindung einen Fall aufweist, bei dem die oben beschriebenen Prozesse miteinander so kombiniert sind, daß eine Stahlschmelze gefrischt werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vordere Schnittansicht einer erfindungsgemäßen glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung und stellt deren allgemeinen Aufbau dar.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Vakuumgüte und der Entkohlungssauerstoffeffizienz zeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Höhlungstiefe und der Entkohlungssauerstoffeffizienz zeigt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Vakuumgüte und der Höhlungstiefe zeigt, wobei der am besten geeignete Entkohlungszustand gezeigt ist.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Vakuumgüte und der Wärmeübertragungseffizienz der Aluminiumerwärmung zeigt.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Vakuumgüte und der Konzentration von (T·Fe + MnO) zeigt.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Vakuumgüte und der Verarbeitungszeit in jedem Prozeß zeigt.
Fig. 8 ist eine vordere Schnittansicht einer herkömmlichen RH-Vakuumfrischvorrichtung und stellt deren allgemeinen Aufbau dar.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Als nächstes wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze ausführlich beschrieben.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, dessen Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, wird eine Stahlschmelze gefrischt, die einer Entkohlung durch einen Konverter unterzogen worden ist.
In der erfindungsgemäß verwendeten glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung ist kein Gefäßboden im Stahlschmelzetauchabschnitt des Vakuumgefäßes vorgesehen. Demzufolge kann auch bei einer niedrigen Vakuumgüte (die Anzahl der Vakuumgüten ist groß) Sauerstoff aus einer Aufblaslanze aufgeblasen werden.
Mit Bezug auf Fig. 1 wird die erfindungsgemäße Frischvorrichtung nachstehend beschrieben.
In der Zeichnung wird die Stahlschmelze 2 in einer Pfanne 3 aufbewahrt. Ein unterer Abschnitt des Zylinders 7 des Vakuumgefäßes 1 ist in die Stahlschmelze 2 eingetaucht, so daß ein Tauchabschnitt 9 entstehen kann. Es ist eine Decke 8 im oberen Abschnitt des Zylinders 7 vorgesehen. Ein unterer Abschnitt des Zylinders 7 ist offen. Demzufolge ist kein Gefäßboden im unteren Abschnitt des Zylinders 7 vorgesehen. Der untere Abschnitt des Zylinders 7 ist in Zylinderform ausgebildet.
In der Decke 8 ist eine Haltevorrichtung 10 zum Halten einer Aufblaslanze vorgesehen. Mit dieser Haltevorrichtung 10 wird die Aufblaslanze gehalten und aufwärts und abwärts bewegt, so daß der Abstand von der Lanze zur Stahlschmelzeoberfläche entsprechend gehalten werden kann.
Es sind poröse Steine 11 am Boden der Pfanne 3 vorgesehen. Die porösen Steine 11 sind in einer Position angeordnet, die vom Bodenmittelpunkt um eine Strecke K entfernt ist. Beispielsweise wird durch diese porösen Steine 11 Ar-Gas 5-1 in einen Raum 12 des Zylinderabschnitts 7 eingeblasen. Eine Position, in der Ar eingeblasen wird, weicht von der Mitte des Bodens der Pfanne ab. Demzufolge weicht ein Ar-Gasstrom von der Mitte ab, und eine Blasenaktivierungsfläche entsteht in einem Abschnitt auf der Oberfläche der Stahlschmelze. In diesem Fall wird die Blasenaktivierungsfläche als Aktivierungsfläche definiert, die entsteht, wenn Blasen eines Gases, das in die Stahlschmelze eingeblasen wird, aufsteigen und an der Oberfläche erscheinen. Wenn Ar-Gas in die Stahlschmelze eingeblasen wird, während es vom Mittelpunkt des Bodens der Pfanne abweicht, wird ein Abschnitt der Stahlschmelze im Zylinderabschnitt nach oben geschoben, und der andere Abschnitt, wo kein Ar-Gas eingeblasen wird, wird abgesenkt. Infolgedessen zirkuliert die Stahlschmelze zwischen der Pfanne 3 und dem Zylinder 7 des Vakuumgefäßes.
Ein Sauerstoffgasstrom 5 wird in die zirkulierende Stahlschmelze 2 aus der wassergekühlten Lanze 4 geblasen, die durch die Decke 8 des Vakuumgefäßes in das Vakuumgefäß eingefügt ist, so daß eine Höhlung (Vertiefung) 6 auf der Oberfläche der Stahlschmelze entsteht. Eine Schlackeschicht 13 entsteht auf der Oberfläche der Stahlschmelze zwischen der Innenwand der Pfanne 3 und der Außenwand des Tauchabschnitts 9 des Zylinderabschnitts 7. Eine Vakuumvorrichtung (nicht dargestellt) ist mit dem Vakuumgefäß 1 verbunden, und das Vakuum der Atmosphäre im Raum 12 des Zylinderabschnitts 7 wird so reguliert, daß es einen vorbestimmten Wert hat.
Die Vakuumfrischvorrichtung in dieser Ausführungsform hat ein glattzylindrisches Vakuumgefäß, dessen Tauchabschnitt keinen Gefäßboden hat. Beim Frischen einer Stahlschmelze, deren Kohlenstoffkonzentration durch eine in einem Konverter erfolgte Entkohlung auf nicht mehr als 0,1% eingestellt worden ist, kann Sauerstoffgas auch dann aufgeblasen werden, wenn die Vakuumgüte niedrig ist, da das glattzylindrische Vakuumgefäß keinen Boden hat. Wenn Sauerstoffgas durch Aufblasen in der oben genannten Vorrichtung auf die Stahlschmelze geblasen wird, muß der Blasbetrieb in einem Niedrigvakuumzustand erfolgen, um die Entkohlungsreaktion zu erleichtern. Die Entkohlungsreaktion, die durch aufgeblasenen Sauerstoff in einem Bereich erfolgt, wo die Kohlenstoffkonzentration nicht größer als 0,1% ist, läuft folgendermaßen ab. Da die Kohlenstoffkonzentration niedrig ist, erzeugt der aufgeblasene Sauerstoff vorübergehend Eisenoxid, und das derartig erzeugte Eisenoxid reagiert mit Kohlenstoff, der in der Stahlschmelze enthalten ist. Um die Reaktion effektiv ablaufen zu lassen, sind demzufolge die drei folgenden Faktoren wichtig:
(1) Eisenoxid, das auf der Oberfläche entstanden ist, wird zu feinen Partikeln dispergiert, so daß die reagierende Oberfläche vergrößert werden kann.
(2) Eisenoxid wird in reines FeO umgesetzt, um die Aktivität zu verbessern und die Reaktionseigenschaften sicherzustellen.
(3) Der Transport des Kohlenstoffs aus dem Stahlschmelzevolumen zur Reaktionsstelle wird erleichtert.
Der Faktor (3) wird durch Rühren und Mischen beeinflußt, das durch das Gas erfolgt, das aus einer unteren Position in die Stahlschmelze eingeblasen wird. Wenn Sauerstoffgas bei einer hohen Vakuumgüte aufgeblasen wird, werden die Gasblasen groß, während sie zur Oberfläche aufsteigen. Dadurch erhöht sich die Bewegungsenergie. Wenn die Vakuumgüte kleiner als 195 Torr ist, verringert sich die Rührenergie, und die Stahlschmelze wird nicht hinreichend gerührt und gemischt, so daß die Kohlenstoffzuführgeschwindigkeit geringer wird, wenn Kohlenstoff aus dem Stahlschmelzevolumen zur Reaktionsstelle transportiert wird. Infolgedessen verschlechtert sich die Entkohlungseffizienz. Außerdem wird der Faktor (1) durch eine Beziehung zwischen der Aufprallfläche des aufgeblasenen Sauerstoffs und der Blasenaktivierungsfläche bestimmt. Das heißt, auf der Aufprallfläche des ausgeblasenen Sauerstoffs wird Eisenoxid erzeugt. Andererseits entsteht eine Eisenoxidschicht, die auf der großen Blasenaktivierungsfläche erzeugt wird, dadurch, daß einzelne Gasblasen zu feinen Partikeln dispergieren, wenn die Gasblasen aus einer unteren Position aufsteigen und an der Oberfläche auftauchen. Demzufolge wird bevorzugt, daß ein Überlappungsbereich zwischen der Aufprallfläche des aufgeblasenen Sauerstoffs und der Blasenaktivierungsfläche nicht kleiner als 50% der Aufprallfläche des aufgeblasenen Sauerstoffs ist. Der Faktor (2) wird durch die Eigenschaft zur Beseitigung der Konverterschlacke stark beeinflußt, die vor dem Verfahren in das Vakuumgefäß gemischt worden ist. Das heißt, wenn Konverterschlacke auf der Oberfläche der im Vakuumgefäß enthaltenen Stahlschmelze vorhanden ist, wird Eisenoxid, das im Prozeß des Blasens von Sauerstoff durch Aufblasen entsteht, mit der Konverterschlacke gemischt, und die FeO- Konzentration wird deutlich reduziert. In diesem Fall verschlechtert sich die Reaktionseigenschaft des FeO mit C stark, und die Entkohlungseffizienz wird deutlich geringer. Um die Konverterschlacke aus dem Vakuumgefäß abzuführen, muß das Vakuumgefäß eine niedrige Vakuumgüte haben. Der Grund wird nachstehend beschrieben. Wenn das Vakuumgefäß auf einer hohen Vakuumgüte gehalten wird (die Anzahl der Vakuumgüten ist klein), vergrößert sich ein Abstand zwischen dem unteren Ende des Tauchabschnitts und der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß, und obwohl Schlackepartikel, die in der Stahlschmelze an der Oberfläche eingeschlossen sind, nach unten bewegt werden, indem sie durch den Strom der Stahlschmelze nach unten getragen werden, erreichen nur wenige Partikel das untere Ende des Tauchabschnitts, und die meisten Partikel zirkulieren nur im Vakuumgefäß. Die oben genannten Schlackepartikel steigen zur Blasenaktivierungsfläche auf, die von einem sich nach oben bewegenden Stahlschmelzestrom mitgeführt werden. Demzufolge werden die oben genannten Schlackepartikel mit dem durch aufgeblasenen Sauerstoff erzeugten Eisenoxid gemischt, so daß die FeO-Konzentration geringer wird. Wenn dagegen das Vakuumgefäß in einem Niedrigvakuumzustand gehalten wird, dessen Vakuumgüte nicht kleiner als 105 Torr ist, verringert sich ein Abstand zwischen dem unteren Ende des Tauchabschnitts und der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß. Dadurch werden Schlackepartikel, die in der Stahlschmelze an der Oberfläche eingeschlossen sind, nach unten bewegt, indem sie von einem Stahlschmelzestrom nach unten getragen werden, so daß es ihnen leichtfällt, vom unteren Ende des Tauchabschnitts aus dem Vakuumgefäß herauszuströmen. Infolge dessen kann nahezu die gesamte Schlacke aus dem Vakuumgefäß in einer kurzen Zeitperiode abgeführt werden. Dadurch kann das durch aufgeblasenen Sauerstoff erzeugte Eisenoxid in Form von reinem FeO zurückbleiben. Folglich kann die Entkohlungssauerstoffeffizienz hoch bleiben.
Infolge dieser Tatsache kann, wie in Fig. 2 gezeigt, in einem Bereich, wo das Vakuum 105 bis 195 Torr beträgt, eine Entkohlungssauerstoffeffizienz von nicht kleiner als 80% erreicht werden.
Es wird bevorzugt, daß ein Abstand N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß auf 1,2 bis 2 m eingestellt ist. Der oben genannte Abstand von 1,2 bis 2 m ist der Zustand, der notwendig ist, damit das auf der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß erzeugte Oxid effektiv aus dem Gefäß ausströmen kann. Wenn der Abstand N kleiner ist als 1,2 m, strömt das Oxid in einer kurzen Zeitperiode aus dem Gefäß. Dadurch wird die Verweilzeit (Reaktionszeit) in der Stahlschmelze kurz, und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß vor Beendigung der Reaktion Oxid aus dem Gefäß strömt. Wenn der Abstand N größer ist als 2 m, wird eine Strömungsgeschwindigkeit des abwärts verlaufenden Stroms in einer Position nahe dem unteren Ende des Tauchabschnitts kleiner. Demzufolge kann das Oxid nur schwer aus dem Vakuumgefäß herausströmen.
Wenn jedoch eine Reduktionsgeschwindigkeit, d. h. die chemische Reaktionsgeschwindigkeit des Eisenoxids, die durch aufgeblasenen Sauerstoff erfolgt, niedrig ist, ist es auch dann schwierig, die Reduktion des Eisenoxids zu fördern, wenn die Vakuumgüte geeignet ist, und die Entkohlungssauerstoffeffizienz kann nicht verbessert werden. Da die Reduktionsreaktionsgeschwindigkeit im wesentlichen von der Temperatur bestimmt wird, ist die Temperatur in einem Aufprallbereich (Wärmepunkt) wichtig, wo ein Sauerstoffstrahl mit der Stahlschmelze zusammentrifft, wobei das erzeugte Eisenoxid hauptsächlich in diesem Aufprallbereich reduziert wird. Um die Entkohlungseffizienz zu verbessern, muß demzufolge ein Starkblasbetrieb durchgeführt werden, um die Wärmepunkttemperatur zu erhöhen. Was die Bedingungen des Starkblasbetriebs betrifft, so wird die Tiefe einer Höhlung, die auf der Stahlschmelzeoberfläche durch den Sauerstoffstrahl entsteht, auf 150 bis 400 mm eingestellt.
Wenn, wie in Fig. 3 dargestellt, die Höhlungstiefe nicht kleiner als 150 mm ist, kann erreicht werden, daß die Entkohlungssauerstoffeffizienz kleiner als 80% wird.
Das größte Problem, das verursacht wird, wenn Sauerstoff im Starkblasbetrieb in eine Atmosphäre mit einer niedrigen Vakkumgüte geblasen wird, ist das Auftreten des Spritzens. Herkömmlich geht man davon aus, daß das Spritzen in der Stahlschmelze auftritt, wenn die Stahlschmelze durch die kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases dispergiert wird. Deshalb nimmt man an, daß das Auftreten des Spritzens nur dann verhindert werden kann, wenn die kinetische Energie der Stahlschmelze durch einen sehr schwachen Blasbetrieb unterdrückt wird. Außerdem nimmt man an, daß das Auftreten des Spritzens nur dann verhindert werden kann, wenn die Dispergierrichtung des Spritzens von außen nach innen durch extremes Erhöhen der Tiefe der Höhlung in einem sehr starken Blasbetrieb geändert wird. Die oben erwähnten Verfahren sind verbreitet, wenn Stahlschmelze in einem Konverter gefrischt wird. Die erfindungsgemäße Sauerstoffblasgeschwindigkeit ist viel kleiner als die beim Frischen einer Stahlschmelze in einem Konverter. Dadurch ist es erfindungsgemäß schwierig, einen sehr starken Blasbetrieb zu realisieren. Aus diesem Grund wird angenommen, daß das Auftreten des Spritzens nur vermieden werden kann, wenn ein sehr sanfter Blasvorgang erfolgt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Untersuchungen über das Verhalten des Spritzens angestellt, wenn die Sauerstoffblasgeschwindigkeit niedrig war. Im Ergebnis der Untersuchungen wurde festgestellt, daß das Auftreten des Spritzens auch dann unterdrückt werden kann, wenn die Höhlungstiefe 150 bis 400 mm beträgt. Das heißt, wenn die Sauerstoffblasgeschwindigkeit ursprünglich niedrig ist, so daß die Wahrscheinlichkeit des Spritzens gering ist, wird das Ausmaß des Spritzens, das bewirkt wird, wenn Sauerstoffgas aufgeblasen wird, nicht durch die kinetische Energie des Sauerstoffgases, sondern durch andere Faktoren beeinflußt. Der primäre Grund für das Spritzen wird nachstehend beschrieben. Aufgeblasener Sauerstoff prallt im Wärmepunkt auf die Stahlschmelze. Dabei entstehen im Wärmepunkt Eisenoxidpartikel. Wenn diese Eisenoxidpartikel unter der Oberfläche der Stahlschmelze eingeschlossen sind und mit Kohlenstoff in der Stahlschmelze reagieren, entsteht CO-Gas. Wenn CO-Gas auf diese Weise entsteht, wird Spritzen verursacht. Bei einem sehr schwachen Blasbetrieb entstehen zwar Eisenoxidpartikel im Wärmepunkt an der Stahlschmelzeoberfläche, aber die abwärts gerichtete kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases ist so gering, daß die Eisenoxidpartikel nicht in die Stahlschmelze eindringen können, und die Reaktion tritt nur an der Stahlschmelzeoberfläche auf. Deshalb entstehen keine Stahlschmelzetropfen, obwohl CO-Gas entsteht. Bisher ist der Frischvorgang immer in diesem Bereich durchgeführt worden.
Wenn ein Starkblasbetriebszustand im Vergleich zu dem oben genannten Betriebszustand verwendet wird, dringen die im Wärmepunkt erzeugten Eisenpartikel aufgrund der abwärts gerichteten kinetischen Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases in die Stahlschmelze ein. Demzufolge entsteht CO-Gas in der Gasschmelze, und es spritzt. Aus den oben beschriebenen Gründen wird angenommen, daß das Spritzen auftritt, wenn der Blasbetriebszustand stärker ist als der herkömmliche.
Wenn jedoch der Betriebszustand ein Starkblasbetrieb ist, der stärker ist als der herkömmliche Starkblasbetriebszustand, erhöht sich die Wärmezuführungsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit, und die Temperatur im Wärmepunkt erhöht sich. Demzufolge erhöht sich die Reduktionsgeschwindigkeit des Eisenoxids, und das Eisenoxid, das an der Oberfläche der Stahlschmelze im Wärmepunkt entsteht, wird durch [C] in der Stahlschmelze in einer sehr kurzen Zeitperiode reduziert. Dadurch kann ein beständiger Einschluß des Eisenoxids in die Stahlschmelze vermieden werden. Infolgedessen entsteht kein CO-Gas in der Stahlschmelze, so daß das Auftreten des Spritzens verringert werden kann. Was die Verringerung des Spritzens betrifft, so besteht der kritische Zustand darin, daß die Höhlungstiefe nicht kleiner als 150 mm ist. Wenn der Betriebszustand ein Starkblasbetrieb ist, der stärker ist als der oben genannte Zustand, werden Stahlschmelzetröpfchen durch die kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases auf die gleiche Weise dispergiert wie beim Frischvorgang, der in einem Konverter erfolgt. Dadurch wird die Stärke des Spritzens, das durch den Frischprozeß bewirkt wird, erhöht. Die kritische Bedingung ist die, daß die Höhlungstiefe nicht größer als 400 mm beträgt.
Das heißt, eine obere Grenze der Höhlungstiefe, bei der das Auftreten des Spritzens reduziert und Sauerstoffgas stabil aufgeblasen werden kann, wobei die Vakuumgüte 105 bis 195 Torr beträgt, ist 400 mm, wie in Fig. 4 dargestellt.
Demzufolge ist die Höhlungstiefe erfindungsgemäß auf einen Bereich von 150 bis 400 mm beschränkt, wobei die Vakuumgüte 105 bis 195 Torr beträgt. In diesem Zusammenhang stellt das Symbol 0 in Fig. 3 ein Beispiel dar, bei dem die Vakuumgüte auf 130 Torr eingestellt ist, und das Symbol L stellt ein Beispiel dar, bei dem die Vakuumgüte auf 170 Torr eingestellt ist.
In diesem Fall wird die Höhlungstiefe L (mm) nach den folgenden Gleichungen berechnet.
L = Ln·exp(-0,78 G/Ln) (1)
In der oben aufgeführten Gleichung ist Ln durch die folgende Gleichung definiert:
Ln = 63(F/(n·dN))2/3 (2)
wobei F die Gaszuführungsgeschwindigkeit (Nm³/h), n eine Anzahl von Düsen, dN ein Durchmesser der Düsenmündung (mm) und G ein Abstand (in mm) vom Lanzenende bis zur Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß ist.
Wenn in diesem Fall die Höhlungstiefe kleiner als 150 mm ist, ist die Wärmepunkttemperatur nicht hoch genug. Auch wenn die Vakuumgüte ausreichend ist und im wesentlichen reines Eisenoxid erzeugt wird, ist die Reduktionsreaktionsgeschwindigkeit deshalb niedrig, so daß die Entkohlungssauerstoffeffizienz niedrig ist. Wenn dagegen die Höhlungstiefe größer als 400 mm ist, ist die kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases zu hoch. Demzufolge wird Metall dispergiert, d. h. es spritzt. Deshalb kann dieser Betriebszustand nicht in die Praxis umgesetzt werden.
Wenn im Frischverfahren ultrakohlenstoffarmer Stahl erzeugt wird, ist nach Beendigung der durch Aufblasen von Sauerstoff bewirkten Entkohlung die Vakuumgüte im Vakuumgefäß besser, und der Frischprozeß geht über zur Entkohlung, die bei einer hohen Vakuumgüte erfolgt. Die bei einer hohen Vakuumgüte erfolgte Entkohlung wird unter Ausnutzung einer Reaktion durchgeführt, die zwischen Sauerstoff und in der Stahlschmelze geschmolzenem Kohlenstoff erfolgt. In diesem Fall ist eine Reaktion auf der freien Oberfläche, die dem Vakuum ausgesetzt ist, wichtig. Wenn die freie Oberfläche mit Schlacke bedeckt ist, wird demzufolge die Reaktionsgeschwindigkeit stark reduziert, und ferner wird durch die Wirkung von CO-Gas, das bei einer Verringerung des Drucks entsteht, Schlacke explosiv verstreut, d. h. ein Phänomen des Zusammenpralls wird bewirkt, was ein ernstes Problem im Frischvorgang hervorruft. Um das Auftreten des oben beschriebenen Problems zu vermeiden, muß die gesamte Schlacke, deren Hauptbestandteil Eisenoxid ist, das im Prozeß der Entkohlung entsteht, die durch Aufblasen von Sauerstoff erfolgt, vor Beginn der Hochvakuumbehandlung aus dem Vakuumgefäß abgeführt werden. Um die gesamte Schlacke aus dem Vakuumgefäß abzuführen, muß die Eintauchtiefe des Tauchabschnitts um 0,2H bis 0,6H reduziert werden, wobei H eine Strecke (Eintauchtiefe) vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Oberfläche der Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes in einer Periode der Entkohlung ist, die durch Aufblasen von Sauerstoffgas erfolgt. Da sich aufgrund dieser Tatsache ein statischer hydraulischer Druck (Druckhöhe), der durch die Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes gegeben ist, verringert, können die Schlackepartikel, die am unteren Ende des Tauchabschnitts angekommen sind, indem sie von einem Stahlschmelzestrom nach unten transportiert worden sind, leicht aus dem Vakuumgefäß abgeführt werden. Wenn die Eintauchtiefe größer als 0,6H ist, wird die Eintauchtiefe momentan in bestimmten Abschnitten null, wenn die Oberfläche der Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes schwingt. Da in diesem Fall Außenluft in das Vakuumgefäß gesaugt wird, erhöht sich die Stickstoffkonzentration in der Stahlschmelze. Wenn die Eintauchtiefe kleiner als 0,2H ist, ist die Druckhöhe nicht niedrig genug. Deshalb kann nicht die gesamte Schlacke nach außen abgeführt werden.
Als nächstes wird die Al-Erwärmung der Stahlschmelze nachstehend beschrieben.
Um die Al-Erwärmung, bei der Al, das der Stahlschmelze zugesetzt wird, in einem aufgeblasenen Sauerstoffgas verbrannt wird, um die Temperatur der Stahlschmelze zu erhöhen, mit hoher Effizienz durchzuführen, muß das Vakuumgefäß auf einer entsprechenden Vakuumgüte gehalten werden, und außerdem muß Sauerstoffgas in einem Starkblasbetrieb aufgeblasen werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Experimente mit Al-Erwärmung durchgeführt, um diese zu untersuchen. Im Ergebnis der Experimente, wie in Fig. 6 gezeigt, wurde festgestellt, daß die Wärmeübertragungseffizienz der Al- Erwärmung nicht kleiner als 80% war, wenn die Vakuumgüte in einem Bereich von 100 bis 300 Torr gehalten wurde.
Bei einem Hochvakuumzustand, in dem die Vakuumgüte kleiner als 100 Torr ist, tritt die Oxidationsreaktion des Kohlenstoffs zusammen mit der Oxidation von Al auf. Dadurch verringert sich die Effizienz der Sauerstoffnutzung, und ferner ist es schwierig, Al&sub2;O&sub3; abzuführen, das in der oben beschriebenen Oxidationsreaktion erzeugt worden ist. Demzufolge wird die Wärmeübertragungseffizienz schlechter. Bei einem niedrigen Vakuumzustand dagegen, in dem die Vakuumgüte höher als 100 Torr ist, tritt die Entkohlungsreaktion selten auf. Demzufolge ist die Sauerstoffnutzungseffizienz bei der Oxidation des Al hoch. Da ferner der Abstand N zwischen dem unteren Ende des Tauchabschnitts und der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß klein wird, werden Al&sub2;O&sub3;-Partikel, die in der Stahlschmelze an der Oberfläche eingeschlossen sind, vom abwärts führenden Stahlschmelzestrom bewegt, so daß sie leicht aus dem Vakuumgefäß herausströmen können. Dadurch kann die Wärmeübertragungseffizienz hoch gehalten werden. Bei einem niedrigen Vakuumzustand, bei dem die Vakuumgüte höher als 300 Torr ist, verringert sich die Menge der zirkulierenden Stahlschmelze, so daß die Wärmeübertragungseffizienz schlechter wird.
Es wird bevorzugt, daß der Abstand N zwischen dem unteren Ende des Tauchabschnitts und der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß 1,2 bis 2 m beträgt. Der oben genannte Zustand ist notwendig, um zu bewirken, daß das Oxid, das auf der Oberfläche des Vakuumgefäßes entsteht, effektiv aus dem Gefäß strömt. Wenn der Abstand N kürzer als 1,2 m ist, strömt das Oxid in einer kurzen Zeitperiode aus dem Gefäß. Dadurch ist die Verweilzeit (Reaktionszeit) in der Stahlschmelze kurz, und der größte Teil des Oxids strömt aus, bevor die Wärme der Al&sub2;O&sub3;-Partikel hinreichend auf die Stahlschmelze übertragen worden ist. Wenn der Abstand N größer als 2 m ist, verringert sich eine Strömungsgeschwindigkeit des Stroms der Stahlschmelze, der nach unten gerichtet ist, am unteren Ende des Tauchabschnitts. Demzufolge kann das Oxid nur schwer aus dem Gefäß strömen.
Bei den von den Erfindern durchgeführten Untersuchungen wurde festgestellt, daß eine höhere Reaktionseffizienz erreicht wurde, wenn ein Starkblasbetrieb erfolgte. Wenn Sauerstoffgas in dem oben genannten geeigneten Vakuumzustand aufgeblasen wird, erfolgt die Oxidationsreaktion des in der Stahlschmelze geschmolzenen Al derartig, daß eine Schicht aus Al&sub2;O&sub3; an der Oberfläche der Stahlschmelze entsteht, mit der das aufgeblasene Sauerstoffgas kollidiert ist. Diese Al&sub2;O&sub3;-Schicht wird von der nach unten gerichteten kinetischen Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases zerdrückt und in der Stahlschmelze suspendiert. Wenn jedoch die kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases gering ist, kann die Al&sub2;O&sub3;- Schicht vom aufgeblasenen Sauerstoff nicht zerdrückt werden, aber sie wird von einem Strom des von unten eingeblasenen Gases zerdrückt, das nach oben strömt. Demzufolge wird das derartig zerdrückte Al&sub2;O&sub3; nicht in der Stahlschmelze suspendiert, sondern es steigt vorübergehend an die Oberfläche der Stahlschmelze. Wenn, wie oben beschrieben, die kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases nicht groß genug ist, kann Al&sub2;O&sub3; nur schwer in der Stahlschmelze suspendiert werden. Auch wenn die Vakuumgüte ausreichend ist, sammelt sich demzufolge Al&sub2;O&sub3; an der Oberfläche, und die Wärmeübertragungseffizienz wird geringer. Aus den oben genannten Gründen muß die nach unten gerichtete kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases ausreichend hoch sein, um an der Oberfläche der Stahlschmelze durch den Sauerstoffstrahl eine Höhlung zu bilden, deren Tiefe 50 bis 400 mm beträgt. In diesem Fall wird die Höhlungstiefe L (mm) nach den oben genannten Gleichungen (1) und (2) berechnet.
Wenn die Höhlungstiefe größer als 400 mm ist, wird die kinetische Energie des aufgeblasenen Sauerstoffgases zu hoch, so daß sich ein Ausmaß des Spritzens erhöht. Demzufolge ist eine Höhlungstiefe, die größer ist als 400 mm ist, für eine praktische Anwendung nicht geeignet.
Beim Frischen eines ultrakohlenstoffarmen Stahls oder bei der Durchführung des Wasserstoffentzugs wird, nachdem eine Al-Erwärmung erfolgt ist, die Vakuumgüte erhöht, und die Entkohlung und der Wasserstoffentzug erfolgen in einem Hochvakuumzustand. Die Entkohlung erfolgt in einem Hochvakuumzustand unter Ausnutzung der Reaktion des in der Schmelze geschmolzenen Sauerstoffs mit Kohlenstoff. Der Wasserstoffentzug erfolgt auch unter Ausnutzung einer Reaktion des in der Schmelze geschmolzenen Wasserstoffs. Deshalb ist eine Reaktion wichtig, die an der freien Oberfläche erfolgt, die dem Vakuum ausgesetzt ist. Wenn die freie Oberfläche mit Schlacke überzogen ist, verringert sich demzufolge die Reaktionsgeschwindigkeit stark, und weitere Schlacke wird durch die Wirkung des CO- Gases explosiv verstreut, das bei einer Verringerung des Drucks entsteht, d. h. ein Phänomen des Zusammenprallens wird bewirkt, was ein ernstes Problem im Frischvorgang verursacht. Um das Auftreten der oben beschriebenen Probleme zu vermeiden, muß die gesamte Schlacke, deren Hauptbestandteil Al&sub2;O&sub3;, das im Prozeß der Al-Erwärmung entsteht, vor Beginn des Entkohlungsfrischens und der Hochvakuumverarbeitung aus dem Vakuumgefäß vollständig abgeführt werden. Um die gesamte Schlacke aus dem Vakuumgefäß abzuführen, muß die Eintauchtiefe des Tauchabschnitts um 0,2H bis 0,6H in einer Periode der Al-Erwärmung aus dem gleichen Grund wie beim Frischen eines ultrakohlenstoffarmen Stahls reduziert werden. Auf diese Weise kann die gesamte Schlacke leicht aus dem Vakuumgefäß abgeführt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Entschwefelung, das bei reduziertem Druck erfolgt, nachstehend beschrieben.
Was die Entschwefelungsreaktion betrifft, so muß die Desoxidationsreaktion berücksichtigt werden, die durch ein Entschwefelungsmittel erfolgt, das in das Vakuumgefäß eingebracht wird, und gleichzeitig muß die Ausschwefelungsreaktion berücksichtigt werden, die erfolgt, wenn Sauerstoff aus der Konverterschlacke zugeführt wird, deren Konzentration hoch ist. Das heißt, da die Entschwefelungsreaktionsformel als [S] + CaO = CaS + [O] beschrieben werden kann, damit der Entschwefelungsprozeß effektiv ablaufen kann, ist es unerläßlich, die [O]-Konzentration, die auf der rechten Seite steht, hinreichend zu verringern. Um zu bewirken, daß der Entschwefelungsprozeß effektiv abläuft, ist es im Prozeß der Desoxidation, der vor dem Entschwefelungsprozeß erfolgt, wichtig, das Sauerstoffpotential (T·Fe + MnO) in der Konverterschlacke außerhalb des Vakuumgefäßes hinreichend zu verringern. Wenn jedoch das Sauerstoffpotential in der Konverterschlacke ausreichend niedrig ist, wird das in der Konverterschlacke enthaltene Phosphoroxid im Prozeß der Entschwefelung instabil, so daß sich die Phosphorkonzentration in der Stahlschmelze erhöht, d. h. ein Phänomen der Rückphosphorisierungsreaktion tritt auf. Um das Auftreten der Rückphosphorisierungsreaktion zu unterdrücken, muß die CaO-Konzentration in der Konverterschlacke außerhalb des Vakuumgefäßes erhöht werden, deren Sauerstoffpotential im Prozeß der Entschwefelung verringert wird, so daß die Alkalität der Konverterschlacke verbessert und das Phosphoroxid stabilisiert werden kann, auch wenn das Sauerstoffpotential niedrig ist.
Das heißt, um die Entschwefelung effektiv durchzuführen und die Rückphosphorisierungsreaktion zu unterdrücken, sind die beiden folgenden Faktoren erforderlich:
(1) Was die Konverterschlacke außerhalb des Vakuumgefäßes betrifft, so wird die Konzentration von (T·Fe + MnO) im Prozeß der Desoxidation hinreichend verringert.
(2) Was die Konverterschlacke außerhalb des Vakuumgefäßes betrifft, so wird die Alkalität im Prozeß der Entschwefelung verbessert.
Die oben genannten zwei Bedingungen können erfüllt werden, wenn das Vakuum bei 120 Torr gehalten wird. Das heißt, wenn das Vakuum niedrig ist, verringert sich der Abstand zwischen dem unteren Ende des Tauchabschnitts und der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß. Dadurch werden die beiden folgenden Charakteristika deutlich:
(A) Wenn Gas aus einer unteren Position in das Vakuumgefäß eingeblasen wird, kann eine Wellenbewegung auf der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß leicht auf die Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes übertragen werden.
(B) Nachdem ein Entschwefelungsmittel, dessen Hauptbestandteil gebrannter Kalk ist, auf die Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß aufgebracht und in der Stahlschmelze suspendiert worden ist, kann leicht erreicht werden, daß es vom unteren Ende des Tauchabschnitts aus dem Vakuumgefäß strömt. In diesem Fall beeinflußt die Charakteristik (A) stark den oben beschriebenen Faktor (1). Da die Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes auch bewegt wird, erhöht sich eine Reaktionsgeschwindigkeit des in der Stahlschmelze geschmolzenen Al mit der Schlacke außerhalb des Vakuumgefäßes. Demzufolge verringert sich die Konzentration (T·Fe + NnO) der Konverterschlacke außerhalb des Vakuumgefäßes in einer kurzen Zeitperiode effektiv auf einen Wert, der nicht größer als 5% ist, wie in Fig. 6 dargestellt.
In einem Hochvakuumzustand dagegen, in dem die Vakuumgüte niedriger als 120 Torr ist, strömt die Stahlschmelze aus dem Vakuumgefäß selten, so daß das Rühren kräftig erfolgen kann, und das in der Stahlschmelze geschmolzenes Aluminium reagiert selten mit der Schlacke außerhalb des Vakuumgefäßes. Die Charakteristik (B) beeinflußt beträchtlich den Faktor (2). Das heißt, während des Entschwefelungsprozesses strömt ein Entschwefelungsmittel, dessen Hauptbestandteil gebrannter Kalk ist, der auf die Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß aufgebracht wird, vom unteren Ende des Tauchabschnitts aus dem Vakuumgefäß, nachdem es von einem nach unten gerichteten Stahlschmelzestrom mitgeführt worden ist. Demzufolge erhöht sich die Alkalität der Schlacke außerhalb des Vakuumgefäßes entsprechend dem Fortschritt des Prozesses. Dadurch kann die Rückphosphorisierungsreaktion verhindert werden. In einem Hochvakuumzustand dagegen, in dem die Vakuumgüte niedriger als 120 Torr ist, strömt das Entschwefelungsmittel selten aus dem Vakuumgefäß heraus. Dadurch wird die Alkalität der Schlacke außerhalb des Vakuumgefäßes nicht erhöht, und die Rückphosphorisierungsreaktion kann nicht vermieden werden.
In einem Niedrigvakuumzustand, bei dem die Vakuumgüte höher als 400 Torr ist, vergrößern sich in starkem Maße Gasblasen, die in die Stahlschmelze geblasen werden, so daß sich die Rührenergie verringert. Demzufolge wird die Stahlschmelze nicht hinreichend gerührt und gemischt, und die Entschwefelungseffizienz verschlechtert sich.
Als nächstes haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Experimente durchgeführt, in denen die glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung folgendermaßen verwendet wurde. Unter der Bedingung, daß die Erneuerungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze an der Blasposition hinreichend hoch ist, wurde Pulver zum Frischen auf die Stahlschmelze geblasen. Um die am besten geeigneten Blasbedingungen zu erreichen, so daß eine hohe Reaktionseffizienz leicht erreicht werden kann, wurde eine Lanze mit einem großen Durchmesser, die bereits eingerichtet worden war, allgemein verwendet, um Pulver zum Frischen einzublasen, und das Blasen erfolgte in einem Niedrigvakuumzustand bei einer niedrigen Blasgeschwindigkeit. Im Ergebnis der oben beschriebenen Experimente wurde folgendes festgestellt. Wenn die Erneuerungsgeschwindigkeit der Stahlschmelze auf der Aufblasfläche hinreichend hoch und der Vakuumzustand niedrig war, konnte eine hohe Effizienz des Einfangens des Pulvers erreicht werden, auch wenn die Blasgeschwindigkeit niedrig war, und die Reaktionseffizienz verbesserte sich.
Wenn die glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung erfindungsgemäß verwendet wurde, konnte auch im Niedrigvakuumzustand, in dem die Vakuumgüte nicht kleiner als 120 Torr war, eine Aktivierungswirkung der Stahlschmelzeoberfläche sichergestellt werden, die durch das zirkulierende Gas erreicht wurde, das vom Pfannenboden kam, und es konnte außerdem eine große zirkulierende Stahlschmelzemenge sichergestellt werden. Auch wenn die Blasgeschwindigkeit des Sauerstoffgases niedrig war, konnte demzufolge eine hohe Pulvereinfangrate erreicht werden. Insbesondere wurde die Vakuumfrischvorrichtung verwendet und die Blasgeschwindigkeit auf einen Bereich von 10 m/s bis Mach 1 im Niedrigvakuumzustand eingestellt, in dem die Vakuumgüte nicht kleiner als 120 Torr war. In dem oben genannten Betriebszustand konnte eine hohe Pulvereinfangrate erreicht werden.
Erfindungsgemäß entstand die Höhlung an der Stahlschmelzeoberfläche, wenn Sauerstoffgas mit einer Blasgeschwindigkeit von 10 m/s aufgeblasen wurde, was der kleinste Wert war, der zum Einfangen des zum Frischen verwendeten Pulvers notwendig war. Wenn das Pulver zum Frischen mit dieser Geschwindigkeit in die Stahlschmelze geblasen wurde, verringerte die Menge des Pulvers zum Frischen, das unnötigerweise in das Absaugsystem gesaugt wurde, und das Pulver zum Frischen konnte mit einem hohen Feststoff-Gas-Verhältnis aus einer gemeinsamen Lanze in die Stahlschmelze geblasen werden.
Die Eindringtiefe des Pulvers zum Frischen, das in die Stahlschmelze geblasen wurde, ist unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases im wesentlichen konstant. Demzufolge ist es ausreichend, wenn die Blasgeschwindigkeit des Pulvers zum Frischen auf eine Mindestgeschwindigkeit eingestellt wird, mit der Pulver zum Frischen an eine Position gebracht werden kann, die unmittelbar unter der Stahlschmelzeoberfläche liegt. Obwohl sich die Mindestgeschwindigkeit entsprechend den Blasbedingungen etwas unterscheidet, mußte im Ergebnis der Experimente die Geschwindigkeit auf einem Wert von mindestens 10 m/s gehalten werden. Es wurde nicht bevorzugt, daß die Blasgeschwindigkeit auf einen Wert eingestellt wurde, der nicht kleiner als Mach 1 war, da die Stahlschmelze spritzte und die Temperatur der Stahlschmelze ferner sank.
Erfindungsgemäß wird eine glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung verwendet. Demzufolge kann eine Höhe der Stahlschmelze im Vakuumgefäß auch in einem Niedrigvakuumzustand von nicht weniger als 120 Torr auf einem hinreichenden hohen Wert gehalten werden. Wenn eine große Gasmenge vom Boden der Pfanne eingeblasen wird, ist die Erneuerungsgeschwindigkeit auf der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß viel höher als die einer normalen Entgasungspfannenvorrichtung. Wenn beispielsweise die Vakuumgüte 150 Torr beträgt, ist eine Differenz der Höhe der Stahlschmelze zwischen dem Inneren und Äußeren des Vakuumgefäßes 1,1 m. Wenn eine vom Boden der Pfanne kommende zirkulierende Gasmenge auf den gleichen Wert eingestellt ist, sind die Erneuerungsgeschwindigkeit an der Oberfläche der Stahlschmelze und die Zirkulationsgeschwindigkeit der Stahlschmelze annähernd denen beim Aufblasen von Gas in einem Hochvakuumzustand gleich. Auch in einem Niedrigvakuumzustand kann Pulver zum Frischen, das als Entschwefelungsmittel verwendet wird, das in die Stahlschmelze geblasen worden ist, tief in die Stahlschmelze in der Pfanne eindringen, indem sie von diesem Zirkulationsstrom mitgenommen wird, so daß die Reaktionseffizienz verbessert werden kann. Da die glattzylindrische Frischvorrichtung keinen Gefäßboden hat, kollidiert auch in einem Niedrigvakuumzustand kein Sauerstoffgas mit einem Zylinderboden, anders als bei der RH-Frischvorrichtung. Demzufolge besteht keine Möglichkeit der Beschädigung des feuerfesten Materials des Gefäßbodens.
Eine Stahlschmelzenoberflächenauftreffgeschwindigkeit des Trägergases wird nach dem folgenden Verfahren berechnet.
Die Mach-Zahl M' beim Aufblasen von Gas aus einer Düse ist nach der folgenden Gleichung definiert, wobei die Vakuumgüte P (Torr) und der Rückdruck des Trägergases P' (kp/cm²) ist. In der folgenden Gleichung ist M' eine implizite Funktion. Dadurch wird sie wie eine numerische Lösung berechnet.
Die Mach-Zahl M zur Zeit des Auftreffens auf der Stahlschmelzeoberfläche kann nach der folgenden Gleichung berechnet werden, wobei G (mm) ein Abstand vom Düsenende bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß, do ein Durchmesser des Düsenaustritts und n eine Anzahl von Düsen ist.
M = 6,3M'/(G/{(n·do²)})1/2 (4)
Die Mach-Zahl M wird in die Strömungsgeschwindigkeit U (m/s) zur Zeit des Eintreffens auf der Stahlschmelzeoberfläche nach der folgenden Gleichung berechnet:
U = M · 320 · 0,07p1/2 5
Es wird bevorzugt, daß der Abstand N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß auf 1,2 bis 2 m eingestellt ist. Dieser Zustand ist notwendig, damit ein Entschwefelungsmittel, das auf die Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß aufgebracht wird, effektiv aus dem Gefäß strömen kann. Wenn der Abstand N kleiner als 1,2 m ist, strömt das Entschwefelungsmittel in einer kurzen Zeitperiode aus dem Gefäß. Dadurch ist die Verweilzeit (Reaktionszeit) kurz, und der größte Teil des Entschwefelungsmittels strömt vor Beendigung der Reaktion aus. Wenn der Abstand N größer als 2 m ist, verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit des nach unten gerichteten Stahlschmelzestroms am unteren Ende des Tauchabschnitts. Demzufolge kann das Entschwefelungsmittel nur schwer nach außen strömen.
Die Entschwefelungseffizienz (λ) kann mit der folgenden Gleichung festgestellt werden:
wobei [S]&sub1; eine Konzentration [S] (ppm) vor dem Prozeß und [S]&sub2; eine Konzentration [S] (ppm) nach dem Prozeß ist.
Als nächstes wird der Betrieb der Brennererwärmung beschrieben, der erfolgt, wenn die Stahlschmelze in einer glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung gefrischt wird. Bei der Brennererwärmung nach Beendigung des Entkohlungsprozesses oder des Hochvakuumprozesses (einschließlich Entschwefelungsprozeß) werden Sauerstoffgas und ein verbrennungsförderndes Gas aus Kohlenwasserstoff, z. B. LNG, aus einer Aufblaslanze auf die Stahlschmelze geblasen, so daß die Stahlschmelze und das Vakuumgefäß erwärmt werden können.
Obwohl bei der oben beschriebenen Brennererwärmung die Atmosphäre im Vakuumgefäß in einem Niedrigvakuumzustand von 100 bis 400 Torr gehalten wird und ein Abstand vom Ende der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß auf einen Bereich von 3,5 bis 9,5 m reguliert wird, wird das oben erwähnte Verbrennungsgas auf die Stahlschmelzeoberfläche geblasen.
Auch in dem oben beschriebenen Niedrigvakuumzustand, kann, wenn die erfindungsgemäße Frischvorrichtung verwendet wird, die Stahlschmelze hinreichend gerührt und gemischt werden. Demzufolge kann die Stahlschmelze erwärmt werden, während die Lanzenhöhe niedrig gehalten wird, wie oben beschrieben. Dadurch kann eine hohe Wärmeübertragungseffizienz erreicht werden. Wenn nach dem Stand der Technik die Vakuumgüte höher ist als die erfindungsgemäße, tritt nur eine Strahlungswärmeübertragung auf. Dagegen tritt erfindungsgemäß nicht nur Strahlungswärmeübertragung, sondern auch Konvektionswärmeübertragung auf. Dadurch kann die Wärmeübertragungseffizienz weiter erhöht werden.
In einem Niedrigvakuumzustand, in dem die Vakuumgüte 400 Tor überschreitet, dehnen sich die Gasblasen, die in die Stahlschmelze geblasen werden, stark aus. Demzufolge verringert sich die Rührenergie. Aufgrund dieser Tatsache kann die Stahlschmelze nicht hinreichend gerührt und gemischt werden, und die Wärmeübertragungseffizienz verringert sich.
Wie oben beschrieben, kann die Charakteristik der Erfindung folgendermaßen zusammengefaßt werden. In einer glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung wird in einer Atmosphäre eines Niedrigvakuumzustands von 100 bis 400 Torr unter Sauerstoffblasbedingungen, die für jeden Prozeß geeignet sind, Sauerstoffgas durch Aufblasen auf die Oberfläche der Stahlschmelze geblasen. In diesem Fall wird die Sauerstoffblasbedingung durch die Tiefe einer Höhlung dargestellt, die in der Stahlschmelze entsteht. Die Aufgaben des Sauerstoffgasblasens durch Aufblasen in diesem Vakuumgefäß werden nachstehend beschrieben. Die erste Aufgabe ist eine "Entkohlung", bei der Sauerstoffgas mit Kohlenstoff zur Reaktion gebracht wird, der in der Stahlschmelze enthalten ist, wenn Sauerstoffgas aufgeblasen wird. Die zweite Aufgabe ist eine "Al-Erwärmung", bei der sich die Temperatur der Stahlschmelze erhöht, wenn Al, das der Stahlschmelze zugesetzt wird, mit Sauerstoffgas verbrannt wird, das durch Aufblasen in die Stahlschmelze geblasen wird. Die dritte Aufgabe ist eine "Entschwefelung", bei der ein Flußmittel, z. B. Kalk, zusammen mit einem Trägergas zugesetzt wird. Die vierte Aufgabe ist eine "Brennererwärmung", bei der Sauerstoffgas und verbrennungsförderndes Gas aus Kohlenwasserstoff, z. B. LNG, aufgeblasen wird, um ein Vakuumgefäß zu erwärmen und das anhaftende Metall zu unterdrücken.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Kombination aus jedem oben beschriebenen Prozeß zeigt. In Fig. 7 ist jeder Prozeß durch die Prozeßzeit und das Vakuum dargestellt. Beim tatsächlichen Betrieb wird jeder Prozeß bei Bedarf entsprechend kombiniert.

Beispiele

Beispiel 1

Während im Beispiel 1 die in Fig. 1 gezeigte glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung verwendet wurde, erfolgte der Entkohlungsvorgang durch Aufblasen. In diesem Fall betrug die Kapazität einer Pfanne 350 t, der Innendurchmesser D der Pfanne 4400 mm, der Durchmesser d eines Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes 2250 mm, die exzentrische Strecke K eines porösen Konverterbodens von einem Mittelpunkt der Pfanne 610 mm, der Mündungsdurchmesser einer Aufblaslanze 31 mm. Was den Betriebszustand betrifft, so war der Abstand G von der Lanze zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3,5 m und die Sauerstoffblasgeschwindigkeit auf 3300 Nm³/h eingestellt. In dem oben beschriebenen Zustand erfolgte Sauerstoffblasen für 2 min. nachdem seit dem Beginn des Verfahrens 2 min vergangen waren. Aufgrund des oben beschriebenen Betriebsablaufs wurde die Kohlenstoffkonzentration von 450 ppm auf 150 ppm verringert. Danach erfolgte ein Entgasungsprozeß. Bei diesem Betriebsablauf war die Tiefe L der Höhlung, die im Prozeß des Sauerstoffblasens entstehen, 205 mm. Eine Durchflußmenge des Ar-Gases, das von unten eingeblasen wurde, betrug 1000 Nl/min. was konstant gehalten wurde. Die Vakuumgüte zu Beginn des Sauerstoffgasblasens war 165 Torr, und die Vakuumgüte am Ende des Sauerstoffblasens war 140 Torr. Zu dieser Zeit war der Abstand N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß 1750 mm, und die Tiefe H des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes war 450 mm.
Infolge des oben beschriebenen Betriebs wurde die Entkohlungssauerstoffeffizienz η auf 85% erhöht, und es gab kein anhaftendes Metall.
Nach dem oben beschriebenen Betriebsablauf wurde das Vakuumgefäß angehoben und seine Eintauchtiefe H auf 230 mm eingestellt. Dann wurde die Stahlschmelze für 2 min gerührt, um den Entkohlungsprozeß in einem Hochvakuumzustand weiter durchzuführen. Infolge des oben beschriebenen Verfahrens konnte im Vergleich zu einem Fall, wo die Eintauchtiefe H 450 mm war, die Prozeßzeit um 3 min verkürzt werden, um die Kohlenstoffkonzentration auf 20 ppm zu verringern. Als nächstes wurde in dem in der ersten Tabelle gezeigten Betriebszustand der Betrieb durchgeführt. In diesem Fall war die Sauerstoffgasblasgeschwindigkeit auf 3000 Nm³/h und die Blaszeit war auf 2 min eingestellt. Das Ergebnis des Betriebs ist in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Bemerkung: Das Symbol * bedeutet einen Wert außerhalb des Bereichs der Erfindung.
Wie man aus Tabelle 1 sehen kann, war in dem erfindungsgemäßen Beispiel die Entkohlungssauerstoffeffizienz η annähernd nicht kleiner als 80%, d. h. es konnte eine hohe Entkohlungssauerstoffeffizienz η erreicht werden, und ferner gab es kein anhaftendes Metall. Dagegen war im Vergleichsbeispiel, auch wenn die Höhlungstiefe ausreichend war, wenn die Vakuumgüte zu Beginn des Sauerstoffblasens zu niedrig war, obwohl kein Basismetall anhaftete, die Entkohlungssauerstoffeffizienz η nur halb so hoch wie die erfindungsgemäße. Wenn die Vakuumgüte zu hoch war, war die Entkohlungssauerstoffeffizienz schlechter, d. h. die Entkohlungssauerstoffeffizienz η betrug nicht mehr als 50%, und es gab eine große Menge anhaftendes Metall.
Auch wenn das Vakuum zu Beginn des Einblasens von Sauerstoff ausreichend war, war die Entkohlungssauerstoffeffizienz η sehr niedrig, wenn die Höhlungstiefe zu klein war, obwohl es kein anhaftendes Material gab. Wenn die Höhlungstiefe zu groß war, gab es eine große Menge anhaftendes Metall, obwohl die Entkohlungssauerstoffeffizienz η nicht kleiner als 80% war.

Beispiel 2

Während im Beispiel 2 die in Fig. 1 gezeigte glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung verwendet wurde, erfolgte der Entkohlungsvorgang, bei dem Al-Erwärmungsvorgang und Hochvakuumentgasungsvorgang durchgeführt wurden. In diesem Fall war die Beschreibung der Frischvorrichtung die gleiche wie im Beispiel 1.
Was den Betriebszustand betrifft, so war der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3,5 m und die Eintauchtiefe H des Vakuumgefäßes auf 450 mm eingestellt. In dem oben beschriebenen Betriebszustand wurde Sauerstoffgas auf die Stahlschmelze mit einer Durchflußmenge von 3300 Nm³/h aufgeblasen, nachdem seit Beginn des Prozesses 1 min vergangen war. Das Aufblasen des Sauerstoffgases dauerte 6 min. Die Tiefe L der in dieser Zeit erzeugten Höhlung betrug 205 mm. Während des Sauerstoffeinblasvorgangs, der über eine Periode von 6 min erfolgte, wurde jede Minute Al zugeführt, d. h. Al wurde gleichmäßig fünfmal zugeführt. In diesem Fall betrug die auf diese Weise zugeführte Al-Menge insgesamt 460 kg. Infolgedessen wurde die Stahlschmelzetemperatur um 40ºC erhöht. Danach erfolgte der Entgasungsprozeß in einer Atmosphäre, deren Vakuumgüte 1,5 Torr betrug. Eine von unten eingeblasenen Ar-Menge wurde bei 1000 Nl/min konstant gehalten, und die Vakuumgüte betrug 280 Torr zu Beginn und 150 Torr am Ende des Sauerstoffblasens.
Im Ergebnis des oben beschriebenen Vorgangs betrug die Wärmeübertragungseffizienz 5 der Al-Erwärmung 98,9% und es gab kein anhaftendes Metall. Nach dem oben genannten Prozeß erfolgte der Hochvakuumentgasungsprozeß. Vor dem Hochvakuumentgasungsprozeß betrug die Kohlenstoffkonzentration 450 ppm, und nach dem Hochvakuumentgasungsprozeß war die Kohlenstoffkonzentration auf 15 ppm verringert.
Nach Beendigung des oben beschriebenen Vorgangs wurde das Vakuumgefäß angehoben, so daß die Eintauchtiefe H auf 230 mm eingestellt war. Dann wurde die Stahlschmelze für 2 s gerührt, und der Entkohlungsprozeß erfolgte weiter in einem Hochvakuumzustand. Infolge des oben genannten Prozesses wurde im Vergleich zu dem Fall, wo das Verfahren unter der Bedingung erfolgte, daß die Eintauchtiefe H des Vakuumgefäßes auf 450 mm eingestellt war, die Prozeßzeit, die zur Verringerung der Kohlenstoffkonzentration auf 20 ppm notwendig war, um 4 min verkürzt.
Als nächstes erfolgte das Frischen in dem in Tabelle 2 gezeigten Betriebszustand. In diesem Fall ist der allgemeine Zustand nachstehend beschrieben. Eine Menge eingebrachtes Aluminium beträgt 460 kg, eine Durchflußmenge des Sauerstoffgases 3000 Nm³/h und eine Zeitperiode, in der Sauerstoffgas aufgeblasen wird, 6 min.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Bemerkung: Das Symbol * bedeutet einen Wert außerhalb des Bereichs der Erfindung.
Wie man aus der zweiten Tabelle ersehen kann, war in dem erfindungsgemäßen Beispiel die Wärmeübertragungseffizienz der Al-Erwärmung nicht kleiner als 90%, und es gab kein anhaftendes Metall. Im Vergleichsbeispiel war jedoch die Vakuumgüte zu Beginn des Sauerstoffgasblasens zu hoch, die Wärmeübertragungseffizienz der Al-Erwärmung war kleiner als 70%, und ferner gab es eine große Menge anhaftendes Metall. Auch wenn die Vakuumgüte zu Beginn des Sauerstoffblasens ausreichend war, war die Effizienz zu niedrig, wenn die Höhlungstiefe zu klein war, obwohl kein anhaftendes Material vorhanden war. Wenn die Höhlungstiefe zu groß war, gab es eine große Menge anhaftendes Metall, obwohl die Effizienz nicht kleiner als 90% war.

Beispiel 3

Während die in Fig. 1 gezeigte glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung verwendet wurde, wurde die im Konverter gefrischte Stahlschmelze einer Entkohlung unterzogen, und dann wurde der Stahlschmelze Al zugesetzt, um eine Desoxidation durchzuführen, und der Entschwefelungsvorgang wurde durchgeführt. In diesem Fall ist die Beschreibung der Frischvorrichtung die gleiche wie die in Beispiel 1, mit Ausnahme des Durchmessers (109 mm) des Austritts der Aufblaslanze.
Was den Betriebszustand betrifft, so war die Vakuumgüte auf 200 Torr und der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 2 m eingestellt, und das Entschwefelungsmittel, bei dem CaF&sub2; zu 20% mit CaO vermischt wurde, wurde auf die Stahlschmelze für 30 s mit einer Geschwindigkeit von 0,4 kg/min/t zusammen mit einem Trägergas (Ar) geblasen, dessen Durchflußmenge 300 Nm²/h betrug. Aufgrund dieser Tatsache war die Entschwefelungseffizienz λ, die in der Gleichung (6) ermittelt wird, 0,37. Zu dieser Zeit war der Rückdruck 4 kp/cm², und die Strömungsgeschwindigkeit U, mit der das Gas auf der Stahlschmelzeoberfläche auftraf, war 193 m/s (die Mach-Zahl war 0,62).
Als nächstes erfolgte der Entschwefelungsvorgang in dem in Tabelle 3 gezeigten Betriebszustand. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Bemerkung: Das Symbol* bedeutet einen Wert außerhalb des Bereichs der Erfindung.
Wie man aus Tabelle 3 ersehen kann, kann eine hohe Entschwefelungseffizienz λ von nicht weniger als 0,30 in jedem Fall erreicht werden. Im Vergleichsbeispiel ist jedoch λ niedrig, wenn die Vakuumgüte während der Behandlung nicht im Bereich der Erfindung erfolgt, und wenn die Durchflußmenge des Gases niedrig ist und die Gasgeschwindigkeit, mit der das Gas auf der Stahlschmelzeoberfläche auftrifft, kleiner als 10 m/s ist, ist die Effizienz λ deutlich schlechter.

Beispiel 4

Während die in Fig. 1 gezeigte glattzylindrische Vakuumfrischvorrichtung verwendet wurde, wurde der Stahlschmelzeerwärmungsvorgang durchgeführt. In diesem Beispiel ist die Beschreibung der Frischvorrichtung die gleiche wie die in Beispiel 1. Was den Betriebszustand betrifft, so wurde die Vakuumgüte auf 120 Torr gehalten und der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche war auf 4 m eingestellt. Die Durchflußmenge des LPG war 120 Nm³/h, und die Durchflußmenge des Sauerstoffs war 120 Nm³/h. Der Erwärmungsvorgang dauerte 10 min. nachdem seit dem Beginn des Prozesses eine Zeitperiode von 6 min vergangen war. In diesem Beispiel wurde die Ar- Durchflußmenge, die von unten eingeblasen wurde, auf 1000 Nl/min konstant gehalten. Infolge des oben beschriebenen Vorgangs wurde die Temperatur um 20ºC im Vergleich zu einem Fall erhöht, bei dem kein Stahlschmelzeerwärmungsvorgang erfolgte.

Beispiel 5

Unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung wurde das folgende Verfahren durchgeführt, um ultrakohlenstoffarmen Stahl zu verarbeiten. Die Stahlschmelze im Vakuumgefäß in der oben genannten Frischvorrichtung wurde einer Al-Erwärmung unterzogen. Dann wurde sie einer Entkohlung durch Sauerstoffgasblasen unterzogen. Während danach das Vakuumgefäß in einem Hochvakuumzustand gehalten wurde, erfolgte ein Frischen der Stahlschmelze. Ferner wurde eine Brennererwärmung mit der Stahlschmelze durchgeführt.
Die Beschreibung der Frischvorrichtung ist die gleiche wie die im Beispiel 1, mit Ausnahme des Austrittsdurchmessers der Aufblaslanze, der in diesem Beispiel 110 mm war.
Was die Al-Erwärmungsbedingungen betrifft, so wurde die Vakuumgüte auf 250 Torr gehalten und der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3500 mm eingestellt. Das Sauerstoffblasen erfolgte mit einer Durchflußmenge von 3300 Nm³/h für 4 min. nachdem seit Beginn Gasabsaugung zur Erreichung des Vakuumzustands 1 min vergangen war. Zu dieser Zeit war die Höhlungstiefe L 205 mm, der Abstand N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß 1400 mm und der Abstand (Eintauchtiefe) vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche außerhalb des Vakuumgefäßes 450 mm. Eine von unten eingeblasen Ar-Durchflußmenge war 500 Nl/min. Während des Sauerstoffblasvorgangs, der über eine Periode von 4 min erfolgte, wurde Al jede Minute zugesetzt. In diesem Fall war die Al-Menge, die auf diese Weise zugesetzt wurde, insgesamt 450 kg. Infolgedessen wurde die Stahlschmelzetemperatur bei einer Wärmeübertragungseffizienz von 98,2% um 40ºC erhöht.
Danach wurde der Abstand H auf 230 mm eingestellt, und die Durchflußmenge des Ar wurde auf 750 Nl/min erhöht, und die Stahlschmelze wurde für 1 min gerührt, so daß die Al&sub2;O&sub3;- Schlacke im Vakuumgefäß vollständig aus dem Vakuumgefäß herausströmen konnte.
Anschließend wurde die Vakuumgüte auf 170 Torr eingestellt, und Sauerstoffgas wurde zum Zweck der Entkohlung für 3 min auf die Stahlschmelze geblasen. In diesem Fall war der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche 3500 mm und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases 3300 Nm³/h. Bei dem oben beschriebenen Betriebsablauf war die Höhlungstiefe L 205 mm, der Abstand N 1500 mm und der Abstand H 450 mm. Während die von unten eingeblasene Ar-Durchflußmenge auf 700 Nl/min festgelegt war, verringerte sich die Kohlenstoffkonzentration auf einen Wert von 430 bis 140 ppm. In diesem Fall war die Entkohlungssauerstoffeffizienz 85%.
Danach wurde die Vakuumgüte auf 1 Torr erhöht, und Sauerstoffgas wurde zur Erzeugung eines ultrakohlenstoffarmen Stahls auf die Stahlschmelze geblasen.
Nachdem die Kohlenstoffkonzentration in dem oben genannten Prozeß 20 ppm erreicht hatte, wurde die Vakuumgüte auf 200 Torr zurückgesetzt, und der Stahlschmelze wurde eine Legierung zur Regulierung der Zusammensetzung hinzugesetzt, während eine Brennererwärmung erfolgte. In diesem Fall wurde die Brennererwärmung unter folgenden Bedingungen für 5 min durchgeführt. Der Abstand G wurde auf 4500 mm festgelegt, die Durchflußmenge des LPG war 120 Nm³/h und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases 120 Nm³/h. Infolgedessen verringerte sich die Temperatur der Stahlschmelze während der Regulierung der Zusammensetzung nur um 2ºC.

Beispiel 6

Unter Verwendung der glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung, deren Beschreibung die gleiche ist wie die in Beispiel 5, wurde ultrakohlenstoffarmer Stahl auf folgende Weise behandelt. Eine Stahlschmelze in dem Vakuumgefäß der oben genannten Vorrichtung wurde einer Al-Erwärmung, einer Entkohlung, die durch Aufblasen von Sauerstoffgas erfolgte, einer Entgasungsbehandlung in einem Hochvakuumzustand, einer Desoxidation und Entschwefelung und einer Brennererwärmung unterzogen.
Die Al-Erwärmung wurde bei einer Vakuumgüte von 250 Torr für 4 min durchgeführt, nachdem seit dem Beginn der Gasabsaugung zur Erreichung des Vakuumzustands 1 min vergangen war, während der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3,5 m und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases auf 3300 Nm³/h eingestellt war. Bei dieser Behandlung war die Höhlungstiefe L 205 mm, der Abstand N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß 1400 mm und der Abstand (Eintauchtiefe) H vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche außerhalb des Vakuumgefäßes 450 mm. Die von unten eingeblasen Ar-Durchflußmenge war 500 Nl/min. und Al wurde jede Minute bei der Gasblas- und Wärmebehandlung für 4 min zugesetzt. Die Al- Menge, die in diesem Prozeß zugesetzt wurde, betrug insgesamt 450 kg. Infolgedessen erhöhte sich die Temperatur der Stahlschmelze bei der Wärmeübertragungseffizienz von 98,2% um 40ºC.
Danach wurde der Abstand H auf 230 mm eingestellt und die Ar-Durchflußmenge auf 750 Nl/min erhöht. Dann wurde die Stahlschmelze für 1,5 min gerührt, so daß Al&sub2;O&sub3;-Schlacke im Vakuumgefäß vollständig aus dem Gefäß strömen könnte.
Anschließend wurde die Vakuumgüte auf 170 Torr eingestellt und Sauerstoffgas zum Zweck der Entkohlung für 3 min auf die Stahlschmelze geblasen. In diesem Fall wurde der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3500 mm eingestellt, und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases war 3300 Nm³/h. Bei dem oben beschriebenen Vorgang betrug die Höhlungstiefe L 205 mm, die Strecke N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß 1500 mm und der Abstand H (Eintauchtiefe) vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes 450 mm. Während die von unten eingeblasene Ar- Durchflußmenge auf 700 Nl/min eingestellt war, verringert sich die Kohlenstoffkonzentration auf einen Wert von 430 bis 140 ppm. In diesem Fall betrug die Entkohlungssauerstoffeffizienz 85%.
Danach wurde die Vakuumgüte auf 1 Torr erhöht, und Sauerstoffgas wurde in die Stahlschmelze geblasen, um ultrakohlenstoffarmen Stahl zu erzeugen.
Nachdem die Kohlenstoffkonzentration in dem oben beschriebenen Verfahren 20 ppm erreicht hatte, wurde die Stahlschmelze durch Zusatz von Al einer Desoxidation unterzogen, und die Vakuumgüte wurde auf 200 Torr zurückgesetzt, und der Abstand G wurde auf 2000 mm eingestellt. In dem oben beschriebenen Zustand wurde ein Entschwefelungsmittel, in dem CaF&sub2; mit CaO zu 20% gemischt war, mit einer Durchflußmenge von 0,4·kg/t/min für 30 s eingeblasen. Ein Ar-Trägergas wurde mit 300 Nm³/h zugeführt, aber die Geschwindigkeit des Auftreffens des Trägergases Ar auf der Stahlschmelzeoberfläche war Mach 0,62 (192 m/s). Obwohl der Abstand N 1500 mm war, war die Entschwefelungseffizienz 0,35, und es trat keine Rückphosphorisierung auf.
Nachdem die Schwefelkonzentration durch die oben beschriebene Behandlung 15 ppm erreicht hatte, wurde die Vakuumgüte auf 200 Torr gehalten, und der Stahlschmelze wurde eine Legierung zur Regulierung der Zusammensetzung hinzugesetzt, während eine Brennererwärmung erfolgte. In diesem Fall erfolgte die Brennererwärmung für 5 min unter folgenden Bedingungen. Die Strecke G wurde auf 4500 mm eingestellt, die LPG- Durchflußmenge war 120 Nm³/h und die Sauerstoffgasdurchflußmenge 120 Nm³/h. Infolgedessen erhöhte sich die Temperatur der Stahlschmelze während der Regulierung der Zusammensetzung nur um 2ºC.

Beispiel 7

Unter Verwendung einer glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung, deren Beschreibung die gleiche ist wie die in Beispiel 5, wurde ultraschwach schwefeliger Stahl mit wenig Wasserstoff auf folgende Weise verarbeitet. Eine Stahlschmelze im Vakuumgefäß der oben beschriebenen Vorrichtung, deren Kohlenstoffgehalt im Prozeß des Frischens in einem Konverter auf 0,35% eingestellt worden war, wurde einer Al-Erwärmung, einer Entgasungsbehandlung in einem Hochvakuumzustand, einer Desoxidation und Entschwefelung und einer Brennererwärmung unterzogen.
Die Al-Erwärmung erfolgte in einer Vakuumgüte von 250 Torr für 4 min. nachdem seit dem Beginn der Gasabsaugung zur Erreichung des Vakuumzustands 1 min vergangen war, während der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3500 mm und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases auf 3300 Nm³/h eingestellt war. Bei diesem Vorgang war die Höhlungstiefe L 205 mm, die Strecke N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß 1400 mm und der Abstand (Eintauchtiefe) H vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche außerhalb des Vakuumgefäßes 450 mm. Die von unten eingeblasene Ar- Durchflußmenge war 500 Nl/min. und Al wurde im Erwärmungsprozeß jede Minute für 4 min zugesetzt. Die in diesem Prozeß zugesetzte Al-Menge war insgesamt 450 kg. Infolgedessen erhöhte sich die Temperatur der Stahlschmelze bei einer Wärmeübertragungseffizienz von 98,2% um 40ºC.
Danach wurde der Abstand H auf 230 mm eingestellt und die Ar-Durchflußrate auf 750 Nl/min erhöht. Dann wurde die Stahlschmelze für 1,5 min gerührt, so daß Al&sub2;O&sub3;-Schlacke im Vakuumgefäß vollständig aus dem Gefäß strömen konnte.
Danach wurde die Vakuumgüte auf 1 Torr erhöht, und die Wasserstoffentzugsbehandlung wurde durchgeführt.
Nachdem die Wasserstoffkonzentration durch die oben genannte Behandlung 1,5 ppm erreicht hatte, wurde die Stahlschmelze durch Zusatz von Al einer Desoxidation unterzogen, und die Vakuumgüte wurde auf 200 Torr zurückgesetzt und der Abstand G auf 2000 mm eingestellt. In dem oben beschriebenen Zustand wurde ein Entschwefelungsmittel, in dem CaF&sub2; mit CaO zu 20% gemischt war, mit einer Durchflußmenge von 0,4 kg/t/min für 30 s eingeblasen. Ar-Trägergas wurde mit 300 Nm³/h zugeführt, aber die Auftreffgeschwindigkeit des Trägergases Ar auf der Stahlschmelzeoberfläche war Mach 0,62 (192 m/s). Obwohl der Abstand N 1500 mm war, war die Entschwefelungseffizienz 0,35, und es trat keine Rückphosphorisierung auf.
Nachdem die Schwefelkonzentration durch die oben beschriebene Behandlung 15 ppm erreicht hatte, wurde die Vakuumgüte auf 200 Torr gehalten, und der Stahlschmelze wurde eine Legierung zur Regulierung der Zusammensetzung zugesetzt, während eine Brennererwärmung erfolgte. In diesem Fall wurde die Brennererwärmung für 5 min unter folgenden Bedingungen durchgeführt. Der Abstand G wurde auf 4,5 m eingestellt, die LPG- Durchflußrate war 120 Nm³/h und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases 120 Nm³/h. Infolgedessen verringerte sich die Temperatur der Stahlschmelze während der Regulierung der Zusammensetzung nur um 2ºC.

Beispiel 8

Unter Verwendung einer glattzylindrischen Vakuumfrischvorrichtung, deren Beschreibung die gleiche ist wie die in Beispiel 5, wurde kohlenstoffarmer Stahl auf die folgende Weise behandelt. Eine Stahlschmelze im Vakuumgefäß der oben beschriebenen Vorrichtung, deren Kohlenstoffgehalt im Prozeß des Frischens in einem Konverter auf 725 ppm eingestellt worden war, wurde einer Al-Erwärmung, einer Entkohlung durch Aufblasen von Sauerstoffgas und einer Brennererwärmung unterzogen.
Die Al-Erwärmung erfolgte bei einer Vakuumgüte von 250 Torr für 4 min. nachdem seit Beginn der Gasabsaugung zur Erreichung des Vakuumzustands 1 min vergangen war, während der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3,5 m und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases auf 3300 Nm³/h eingestellt war. Bei diesem Vorgang war die Höhlungstiefe L 205 mm, der Abstand N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß war 1400 mm und der Abstand (Eintauchtiefe) H vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche außerhalb des Vakuumgefäßes 450 mm. Die von unten eingeblasenene Ar- Durchflußmenge war 500 Nl/min. und Al wurde bei der Gasblas- und Wärmebehandlung jede Minute für 4 min zugesetzt. Eine in diesem Verfahren zugesetzte Al-Menge war insgesamt 450 kg. Infolgedessen erhöhte sich die Temperatur der Stahlschmelze bei einer Wärmeübertragungseffizienz von 98,2% um 40ºC. Danach wurde der Abstand H auf 230 mm eingestellt und die Ar-Durchflußmenge auf 750 Nl/min erhöht. Dann wurde die Stahlschmelze für 1,5 min gerührt, so daß Al&sub2;O&sub3;-Schlacke im Vakuumgefäß vollständig aus dem Gefäß strömen konnte.
Anschließend wurde die Vakuumgüte auf 170 Torr eingestellt und Sauerstoffgas zum Zweck der Entkohlung für 4 min in die Stahlschmelze geblasen. In diesem Fall war der Abstand G auf 3500 mm eingestellt, und die Durchflußrate des Sauerstoffgases war 3300 Nm³/h. Bei der oben beschriebenen Behandlung war die Höhlungstiefe L 205 mm, der Abstand N 1,5 m und der Abstand H (Eintauchtiefe) 450 mm. Während die von unten eingeblasene Ar-Durchflußrate auf 700 Nl/min eingestellt war, verringerte sich die Kohlenstoffkonzentration auf einen Wert von 725 bis 415 ppm. In diesem Fall war die Entkohlungssauerstoffeffizienz 91%.
Nachdem das oben beschriebene Verfahren beendet worden war, wurde das Vakuum auf 200 Torr gehalten, und der Stahlschmelze wurde eine Legierung zur Regulierung der Zusammensetzung zugesetzt, während eine Brennererwärmung erfolgte. In diesem Fall erfolgte die Brennererwärmung für 5 min unter folgenden Bedingungen. Der Abstand G war auf 4500 mm eingestellt, die LPG-Durchflußrate war 120 Nm³/h und die Durchflußrate des Sauerstoffgases war 120 Nm³/h. Infolgedessen verringert sich die Temperatur der Stahlschmelze während der Regulierung der Zusammensetzung nur um 2ºC.

Beispiel 9

Unter Verwendung einer glattzylindrischen Vakuumfrischvarrichtung, deren Beschreibung die gleiche ist wie die in Beispiel 5, wurde ultrakohlenstoffarmer Stahl auf die folgende Weise verarbeitet. Eine Stahlschmelze im Vakuumgefäß der oben beschriebenen Vorrichtung, deren Kohlenstoffgehalt im Prozeß des Frischens in einem Konverter auf 415 ppm eingestellt worden war, wurde einer Al-Erwärmung und einer Brennererwärmung unterzogen.
Die Al-Erwärmung erfolgte bei einer Vakuumgüte von 250 Torr für 4 min. nachdem seit dem Beginn der Gasabsaugung zur Erreichung des Vakuumzustands 1 min vergangen war, während der Abstand G von der Lanze bis zur Stahlschmelzeoberfläche auf 3500 mm und die Durchflußmenge des Sauerstoffgases auf 3300 Nm³/h eingestellt war. Bei dieser Behandlung war die Höhlungstiefe 205 mm, die Strecke N vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche im Vakuumgefäß 1400 mm und der Abstand (Eintauchtiefe) H vom unteren Ende des Tauchabschnitts bis zur Stahlschmelzeoberfläche außerhalb des Vakuumgefäßes 450 mm. Die von unten eingeblasene Ar- Durchflußmenge war 500 Nl/min und Al wurde der Stahlschmelze im Erwärmungsprozeß jede Minute für 4 min zugesetzt. Eine bei dieser Behandlung zugesetzte Al-Menge war insgesamt 450 kg. Infolgedessen erhöht sich die Temperatur der Stahlschmelze bei einer Wärmeübertragungseffizienz von 98,2% um 40ºC.
Danach wurde der Abstand H auf 230 mm eingestellt und die Ar-Durchflußrate auf 750 Nl/min erhöht. Dann wurde die Stahlschmelze für 1,5 min gerührt, so daß Al&sub2;O&sub3;-Schlacke im Vakuumgefäß vollständig aus dem Gefäß strömen konnte.
Nachdem die Temperatur durch die oben beschriebene Behandlung erhöht worden war, wurde die Vakuumgüte auf 2000 Torr gehalten, und der Stahlschmelze wurde eine Legierung zur Regulierung der Zusammensetzung zugesetzt, während eine Brennererwärmung erfolgte. In diesem Fall erfolgte die Brennererwärmung für 5 min unter der folgenden Bedingung. Der Abstand G wurde auf 4500 mm eingestellt, die LPG-Durchflußrate war 120 Nm³/h und die Durchflußrate des Sauerstoffgases 120 Nm³/h. Infolgedessen verringerte sich die Temperatur der Stahlschmelze während der Regulierung der Zusammensetzung nur um 2,0ºC.

Möglichkeiten der industriellen Verwendung

Zu Beginn der Verarbeitung, bei der die Kohlenstoffkonzentration hoch ist, kann erfindungsgemäß Sauerstoff zugeführt werden, während die Entkohlungseffizienz hoch ist, und es gibt kein anhaftendes Metall. Demzufolge kann nun ein Frischen zur Entkohlung effektiv so durchgeführt werden, daß die Kohlenstoffkonzentration auf einen Wert in einem ultrakohlenstoffarmen Bereich verringert werden kann. Außerdem kann nun eine Al- Erwärmung mit einer hohen thermischen Effizienz durchgeführt werden. Wenn ferner ein Entschwefelungsfrischmittel aus einer Lanze in die Stahlschmelze zusammen mit einem Trägergas zugeführt wird, kann ein effektives Entschwefelungsfrischen erfolgen. Demzufolge kann durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Frischen bzw. Feinen einer Stahlschmelze eine äußerst günstige Wirkung erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zum Frischen einer aus einem Konverter abgestochenen Stahlschmelze mittels einer zylindrischen Vakuumfrischvorrichtung mit den Schritten:

Einbringen einer aus einem Konverter abgestochenen Stahlschmelze, deren Kohlenstoffgehalt nicht größer als 0,1 Gew.-% ist, in eine Pfanne einer zylindrischen Vakuumfrischvorrichtung;

Eintauchen eines offenen unteren Endabschnitts eines Vakuumgefäßes der Frischvorrichtung in die Stahlschmelze in der Pfanne bis zu einer vorbestimmten Tiefe, um einen Tauchabschnitt des Vakuumgefäßes zu bilden;

Halten einer Vakuumgüte von 14 bis 26 kPa (105 bis 195 Torr) in einem Raum im Vakuumgefäß;

Einblasen von Gas zum Rühren der Stahlschmelze von einem Boden der Pfanne; und

Aufblasen von Sauerstoffgas zur Entkohlung auf die Stahlschmelze aus einer Aufblaslanze, die aufwärts und abwärts frei bewegt werden kann und in das Vakuumgefäß durch ein Aufnahmeloch eingefügt ist, das in einer Decke des Vakuumgefäßes ausgebildet ist, so daß eine Höhlung, deren Tiefe 150 bis 400 mm ist, auf einer Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß gebildet wird.

2. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 1, wobei eine Strecke vom unteren Ende des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes bis zur Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß in einem Bereich von 1,2 bis 2 m gehalten wird.

3. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Tauchabschnitt des Vakuumgefäßes nach der Entkohlungsbehandlung, die durch Sauerstoffblasen erfolgt, um eine Strecke von 0,2H bis 0,6H angehoben wird, bezogen auf die Strecke H vom unteren Ende des Vakuumgefäßes während des zur Entkohlung durchgeführten Sauerstoffblasens bis zur Oberfläche der Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes.

4. Verfahren zum Frischen einer aus einem Konverter abgestochenen Stahlschmelze mittels einer zylindrischen Vakuumfrischvorrichtung mit den Schritten:

Halten einer Vakuumgüte von 13, 3 bis 40 kPa (100 bis 300 Torr) in einem Raum im Vakuumgefäß;

Einblasen von Gas zum Bewegen der Stahlschmelze von einem Boden der Pfanne;

Einbringen einer Al-Legierung in das Vakuumgefäß;

Erwärmen der Stahlschmelze durch Verbrennen der in der Stahlschmelze geschmolzenen Al-Legierung, wenn Sauerstoffgas aus einer Aufblaslanze, die sich aufwärts und abwärts frei bewegen kann und durch ein Aufnahmeloch des Vakuumgefäßes in das Vakuumgefäß eingefügt ist, in das Vakuumgefäß geblasen wird;

Einblasen von Sauerstoffgas zur Entkohlung der Stahlschmelze aus der Aufblaslanze in das Vakuumgefäß, dessen Vakuumgüte auf 14 bis 26 kPa (105 bis 195 Torr) gehalten wird, während eine Höhlung, deren Tiefe 150 bis 400 mm ist, durch Aufblasen von Sauerstoffgas auf die Oberfläche der erwärmten Stahlschmelze im Vakuumgefäß gebildet wird; und

Halten eines Raums im Vakuumgefäß in einem Hochvakuumzustand, dessen Vakuumdruck nicht größer als 13,3 kPa (100 Torr) ist, um eine Entgasungsbehandlung der Stahlschmelze durchzuführen, die der Entkohlungsbehandlung unterzogen worden ist.

5. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 4, wobei eine Höhlung, deren Tiefe 50 bis 400 mm ist, auf der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß gebildet wird, wenn Sauerstoffgas aus der Aufblaslanze in das Vakuumgefäß geblasen wird, um die Stahlschmelze durch Verbrennen einer in der Stahlschmelze geschmolzenen Al-Legierung zu erwärmen.

6. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Tauchabschnitt des Vakuumgefäßes vor dem Einblasen von Sauerstoffgas in die Stahlschmelze zur Durchführung einer Entkohlungsbehandlung um eine Strecke von 0,2H bis 0,6H angehoben wird, bezogen auf eine Strecke H vom unteren Ende des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes in einer Periode des Verbrennens der Al-Legierung bis zur Oberfläche der Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes.

7. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Strecke vom unteren Ende des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes bis zur Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß in einem Bereich von 1,2 bis 2 m gehalten wird, wenn die Stahlschmelze durch Verbrennen der Al- Legierung erwärmt wird und einer Entkohlung durch Einblasen von Sauerstoffgas unterzogen wird.

8. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 4, wobei das Verfahren nach der Entgasungsbehandlung ferner die Schritte aufweist:

Durchführen eines Entschwefelungsverfahrens mit der Stahlschmelze, wenn der Raum im Vakuumgefäß auf einer Vakuumgüte von 16 bis 53,3 kPa (120 bis 400 Torr) gehalten wird und ein Entschwefelungsmittel aus der Aufblaslanze auf die Stahlschmelze im Vakuumgefäß zusammen mit einem Trägergas aufgeblasen wird; und

Aufblasen von Sauerstoffgas und verbrennungsförderndem Kohlenwasserstoffgas aus der Aufblaslanze auf die Oberfläche der entschwefelten Stahlschmelze im Vakuumgefäß, um sie zu erwärmen, während der Raum im Vakuumgefäß auf einer Vakuumgüte von 13, 3 bis 53,3 kPa (100 bis 400 Torr) gehalten wird.

9. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 8, wobei die Strecke vom unteren Ende des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes bis zur Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß bei der Wärmebehandlung der Stahlschmelze, die durch Verbrennen der Al-Legierung erfolgt, der Entkohlungsbehandlung, die durch Aufblasen von Sauerstoffgas erfolgt, oder der Entschwefelungsbehandlung in einem Bereich von 1,2 bis 2 m gehalten wird.

10. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Strecke vom Ende der Aufblaslanze bis zur Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß in einem Bereich von 3,5 bis 9,5 m gehalten wird, wenn die Stahlschmelze durch Verbrennen von Sauerstoffgas und eines verbrennungsfördernden Kohlenwasserstoffgases erwärmt wird.

11. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Tauchabschnitt des Vakuumgefäßes, bevor die Stahlschmelze einer Entkohlung durch Aufblasen von Sauerstoffgas unterzogen wird, um eine Strecke von 0,2H bis 0,6H angehoben wird, bezogen auf eine Strecke H vom unteren Ende des Tauchabschnitts des Vakuumgefäßes in einer Periode der Verbrennung der Al-Legierung bis zur Oberfläche der Stahlschmelze außerhalb des Vakuumgefäßes.

12. Verfahren zum Frischen einer Stahlschmelze nach Anspruch 8, wobei eine Höhlung, deren Tiefe 50 bis 400 mm beträgt, an der Oberfläche der Stahlschmelze im Vakuumgefäß gebildet wird, wenn Sauerstoffgas aus der Aufblaslanze in das Vakuumgefäß geblasen wird, um die Al-Legierung, die in der Stahlschmelze geschmolzen ist, zu verbrennen, um die Stahlschmelze zu erwärmen.