EP0023627A1 - Verfahren zur Herstellung von Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt in einem Sauerstoffdurchblaskonverter - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt in einem Sauerstoffdurchblaskonverter Download PDF

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EP0023627A1
EP0023627A1 EP80104134A EP80104134A EP0023627A1 EP 0023627 A1 EP0023627 A1 EP 0023627A1 EP 80104134 A EP80104134 A EP 80104134A EP 80104134 A EP80104134 A EP 80104134A EP 0023627 A1 EP0023627 A1 EP 0023627A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxygen
nozzles
hydrogen
converter
steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP80104134A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Dr. Ing. Brotzmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Original Assignee
Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH filed Critical Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Publication of EP0023627A1 publication Critical patent/EP0023627A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/35—Blowing from above and through the bath

Definitions

  • the invention relates to a method for producing steel with a low hydrogen content in an oxygen blow-through converter which, in addition to the oxygen inlet nozzles with protective medium sheathing beneath the bath surface, also has oxygen inflators above the bath surface.
  • the oxygen injection nozzles in the refractory converter lining are protected against premature burning back by hydrocarbons.
  • the nozzle normally consists of two concentric tubes through whose central tube oxygen flows, and gaseous or liquid hydrocarbons are introduced through the annular gap between the two tubes to protect the nozzle.
  • the amount of hydrocarbons required for nozzle protection is generally less than 10% by weight, based on the oxygen.
  • the hydrogen content in the finished steel is up to 5 ppm
  • the hydrogen content in the finished steel is up to 5 ppm
  • it is about 2 ppm higher.
  • This proportion of hydrogen in the steel is relatively small in relation to the amount of hydrogen introduced below the bath surface.
  • Most of the hydrogen generated from the hydrocarbons is flushed out by the carbon monoxide that is produced when the steel is refurbished.
  • the rinsing effect also explains why the phosphorus-rich pig iron has a higher hydrogen content than the fresh phosphorus-poor pig iron.
  • the dephosphorization which is preferably carried out in the last section of the blowing, there are only a few gaseous reaction products for flushing out the hydrogen.
  • GB patent 12 53 581 which relates to the oxygen blowing process, describes the possibility of flushing with hydrogen or argon for a short time (30 to 60 seconds) to reduce increased hydrogen contents, in order to reduce the hydrogen content to about 50%.
  • the 50% reduction in hydrogen relates to higher starting hydrogen contents that occur when hydrogen is used as a nozzle protection medium.
  • the rinsing time is usually 1 to 2 minutes.
  • Nitrogen is normally used as the purge gas, and with steel grades as well low nitrogen is used for argon. Flushing gas quantities of 2 to 3 Nm 3 / min and t steel are used in the flushing treatment.
  • This rinsing treatment is associated with a temperature loss of about 10 C / min, ie with a 20-minute post-blow at 20 ° C.
  • the disadvantages are therefore the costs for the purge gas, in particular argon, and the temperature loss, which corresponds approximately to a reduction in the scrap melting capacity of approximately 10 kg / t steel.
  • the US patent 39 53 199 corresponding to DE patent 24 05 351, describes a modified oxygen inflation process, in which up to 50% of the oxygen is fed to the bath through the bottom nozzles when the carbon content of the melt is between 0.2 and 0.05% to achieve low final carbon levels in the steel and low iron oxide levels in the slag.
  • An advantage of this known method is also the lower hydrogen content compared to the oxygen blowing process.
  • the required increase in the oxygen blowing rate through the floor nozzles towards the end of the freshness also means an increased supply of hydrocarbons for nozzle protection, and this means that low hydrogen end values in the steel can no longer be set reliably.
  • German patent application P 27 55 165 which has not been published to date, describes blowing oxygen from below and simultaneously blowing oxygen onto the bath in accordance with the oxygen blowing process.
  • This process is used in particular to increase the scrap rate and, as a further advantage, offers the possibility of reducing the number of nozzles below the Badober area.
  • the reduced number of nozzles below the bath surface is associated with a lower consumption of nozzle protection medium, which in turn leads to lower hydrogen contents compared to the pure oxygen blowing process in the finished steel.
  • a hydrogen content of the order of 4 ppm in the oxygen blowing process and an average of 3 ppm in the process according to the patent application mentioned is mentioned. This reduction in the hydrogen concentration in the finished steel is due to the saving of hydrocarbons for nozzle protection.
  • the object of the present invention is to produce steel with a low hydrogen content in an oxygen blow-through converter further developed according to German patent application P 27 55 165 in the most economical manner and the known advantages of the oxygen blow-through process, in particular the reliably controllable fresh flow, the low final carbon content, the low iron oxide content of the tapping slag to maintain the secured and increased scrap melting capacity and the high yield.
  • the invention solves this problem in that at least half of the total amount of oxygen is blown onto the bath for the reliable setting of hydrogen contents in the steel of approximately 2 ppm and less, and the nozzles below the bath surface are briefly operated with hydrogen-free gases towards the end of freshness.
  • the amount of oxygen supplied to the melt from above is preferably higher and is about 2/3 of the total amount of oxygen.
  • the inflated oxygen fraction can also be larger and amount to about 85%, in special cases even 90%, of the total amount of oxygen that is fed to the melt in the converter.
  • the preferred application of the method according to the invention is to reduce the number of nozzles below the bath surface to less than half compared to a conventional oxygen blowing converter and blowing about 2/3 of the amount of oxygen supplied in the melt unit time onto the bath.
  • Side blowers are preferably used as the blowing devices in the oxygen blowing converters, and in the case of oxygen blowing converters equipped with floor nozzles, the water-cooled lance for oxygen blowing from above is mainly maintained.
  • the free oxygen blowing cross-section is measured, depending on the oxygen admission pressure for the inflator and the nozzles below the bath surface, in the ratio that 50 to 90%, preferably about 2/3, of the oxygen flow rate are blown onto the melt.
  • the set oxygen blowing rates are kept constant during the entire fresh period. Minor deviations from these blowing rates below and above the bath surface, for example due to the loading of the oxygen with slag formers, are of course within the scope of the invention.
  • significant increases in the oxygen supply through the floor nozzles towards the end of the freshness must be avoided because this increases the hydrocarbon throughput parallel to the nozzle protection, which in turn can result in increased hydrogen values in the steel.
  • the hydrocarbon supply is to be limited to the required minimum and avoided entirely in the last 0.1 to 2 minutes of the freshening time.
  • the nozzles in an oxygen blow-through converter show approaches of about 150 mm in diameter, which protrude slightly above the level of the refractory lining of the floor. These approaches form a mushroom shape above the nozzle protection medium channel and continue outwards, while the central oxygen inlet tube remains free. After a purge gas treatment of about 2 minutes, these nozzle attachments are hardly recognizable. Some of the nozzles burn back slightly and, depending on the temperature of the melt, are up to 5 cm behind in the masonry. The melting or burning off of the nozzle attachments is the cause of the increased nozzle or floor wear.
  • the method according to the invention avoids the back burning of the nozzles and thus the increased wear of the floor lining.
  • the nozzle attachments are usually reduced only slightly, and only at the The upper limit of about 2 minutes of the blowing time with hydrogen-free gases shows a decrease in the nozzle attachment.
  • the nozzle attachment regenerates, ie it increases to the usual size, at the next melt, as soon as hydrocarbons are again introduced to protect the nozzle.
  • the method according to the invention is preferred. carried out so that 2/3 of the fresh oxygen is blown onto the bath and the rest of the oxygen is fed through nozzles below the bath surface of the melt. If the blowing rate for the nozzles below the bath surface remains approximately the same, switch to hydrogen-free gas towards the end of the refreshment, about 0.1 to 2 minutes before tapping.
  • the main flow of the nozzles this is the gas flow through the central tube in the case of nozzles consisting of two concentric tubes or through the oxygen ring gap in the case of ring slot nozzles, is mixed with oxygen, mixtures of oxygen and nitrogen, air, CO 2 and / or inert gas, for example argon approximately the same or smaller flow rate as for the fresh oxygen.
  • Either nitrogen, CO, CO 2 , inert gases, for example argon, or mixtures thereof are passed through the protective medium ring gap.
  • inert gases for example argon, or mixtures thereof.
  • the blowing time is According to the present invention, approximately 30 seconds in order to reliably set the desired final hydrogen contents in the steel of 2 ppm and less.
  • the argon consumption is then about 0.5 m 3 / t steel. This low argon consumption is associated with a considerable economic advantage over the known purge gas treatment.
  • further measures can be taken to reduce the hydrogen absorption in the steel before working briefly against fresheners with hydrogen-free gases below the bath surface.
  • Below is e.g. understood to operate the nozzles below the bath surface with a minimum set of hydrocarbons for nozzle protection, for example in the order of 2 to 3% by weight, based on the oxygen.
  • the lime supplied through the floor nozzles can be specially pretreated to form slag, e.g. dried to remove the water of hydration.
  • nozzles In a 60 t converter, with a free converter volume of approx. 55 m 3 in the newly bricked-up state, there are four nozzles in the floor lining. As usual, the nozzles consist of two concentric tubes. In the upper converter cone, about 3 m above the surface of the bath, two side nozzles are built into the refractory lining. The inclination of the side nozzles is oriented so that the exiting oxygen jet len are directed towards the center of the bath surface. The oxygen blowing cross section of the four bottom nozzles is approximately 18 cm 2 and that of the two side nozzles is 48 cm.
  • Approx. 22 t scrap and t , -5 t pig iron from an analysis of 3.5% carbon, 0.7% silicon, 1% manganese, 1.8% phosphorus are charged in this converter.
  • the floor nozzles are operated with a blowing rate of approx. 5,000 Nm 3 / h oxygen and the side nozzles with approx. 11,000 Nm 3 / h oxygen.
  • 120 Nm 3 / h of propane are used, and the corresponding propane blowing rate for the side nozzles is 50 Nm 3 / h.
  • the slag is tapped from the converter and a steel sample is taken for the analysis.
  • the air is blown for approximately 2 minutes with approximately the same blowing rates for the bottom and side nozzles as during the main blowing period.
  • the bottom nozzles run with air in the main stream and N 2 in the annular gap for the last 0.5 minutes.
  • the side nozzles are operated with oxygen until the converter rotates to the tapping position.
  • the steel is tapped from the converter with an analysis of 0.02% carbon, 0.1% manganese, 0.020% propane, 30 ppm nitrogen and 1.5 ppm hydrogen.
  • the bottom nozzles are operated with argon in the main stream and in the annular gap in the last 0.3 minutes of the post-blowing period.
  • the steel tapping analysis points to the previously mentioned then a nitrogen content of 15 ppm and a hydrogen content of 1.5 ppm.
  • a converted 150 t oxygen inflation converter which has a lance device, is equipped with six floor nozzles. 45 tons of scrap and 120 tons of pig iron are charged into this converter.
  • the pig iron is low-phosphorus pig iron with the composition 4.4% carbon, 1.0% silicon, 0.8% manganese, 0.1% phosphorus.
  • About 80% of the total amount of oxygen is fed into the melt through the lance, and the rest flows through the floor nozzles.
  • the total amount of hydrocarbons to protect the floor nozzles is 90 kg.
  • 100 m 3 of nitrogen are introduced through the floor nozzles.
  • the tapping analysis of the steel shows a hydrogen content of 1.8 ppm.
  • the aforementioned 150 t oxygen inflation converter only has two nozzles in the converter base
  • only 10% of the total amount of oxygen is fed to the melt in the converter via these base nozzles.
  • the hydrocarbon quantity for nozzle protection is 25 kg.
  • the quantity of the charged scrap and the pig iron correspond to the previous example.
  • 60 Nm 3 of carbon dioxide were introduced through the two bottom nozzles.
  • the steel tapped from the converter had a hydrogen concentration of 1.7 ppm and a hydrogen content of 19 ppm.
  • the same 60 t converter as described in the first example is equipped with two side nozzles below the bath surface instead of the floor nozzles.
  • the Be tend nozzles are installed about 0.3 m above the floor in the refractory lining of the converter side wall and have the same free oxygen blowing cross-section as the four floor nozzles mentioned in the first example.
  • the feed materials charged into the converter and the oxygen blowing rates below and above the bath surface also correspond to the example mentioned. Only the amount of hydrocarbon for the nozzle protection of the silk wall nozzles below the bath surface is increased to approx. 180 Nm 3 / h. This procedure increases the nozzle attachment to a diameter of approx. 200 mm after the main blowing period and protrudes approx. 5 cm from the wall lining.
  • the hydrogen content of the melt after the main blowing period is about 3.5 ppm, while in the first example it is about 3 ppm.
  • the same tapping analysis is set by blowing for one minute with hydrogen-free gases, namely air in the main stream and nitrogen in the annular gap, through the nozzles below the bath surface.
  • the hydrogen content is 1.5 ppm
  • the nitrogen content is slightly increased and is 35 ppm.
  • the nozzle attachments have shrunk to a diameter of approx. 100 mm with hydrogen-free gases during the post-blowing time and are estimated to protrude 1 cm from the converter lining.
  • coals use dioxide (c0 2 ).
  • oxidizing gas preferably oxygen
  • hydrogen-free gas is used instead of the hydrocarbons in the annular gap
  • carbonic acid has proven to be more favorable compared to argon and nitrogen, mainly because smaller amounts in relation on the oxygen to protect the nozzle. While approximately 40 to 50% by volume, based on oxygen, are required for adequate nozzle protection when using argon or nitrogen, surprisingly 20 to 30% by volume are already sufficient when using carbon dioxide.
  • the same starting materials (22 t scrap and 45 t pig iron of the stated composition) are charged in the 60 t converter already described for example 1.
  • the same oxygen blowing and blowing rates are also used.
  • the propane blowing rate for the protection of the floor nozzles is 80 Nm 3 / h.
  • the floor nozzles in the main are operated in the last 50 seconds of the total fresh time, ie during the post-blowing period and when the converter is turned to the tapping position current continues with oxygen of the above blow rate of 5000 Nm 3 / h.
  • C0 2 is passed through the annular gaps of the four floor nozzles at a blowing rate of approx. 1000 Nm 3 / h.
  • the tapped steel has a nitrogen concentration of 17 ppm and a hydrogen content of 1.6 ppm.
  • the same converter was also operated with lower oxygen blowing rates through the floor nozzles. Only two nozzles are installed in the converter floor through which 2000 Nm 3 / h of oxygen flow, while about 17 000 Nm 3 per hour of oxygen are blown into the bath via the two side nozzles above the bath surface, which are enlarged in cross section.
  • propane is used with a blowing rate of 45 Nm 3 / h during the fresh season and 500 Nm 3 / h C0 2 in the last 0.8 minutes.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt in einem Sauerstoff-Durchblaskonverter mit unterhalb der Badoberfläche im feuerfesten Mauerwerk angeordneten Düsen aus konzentrischen Rohren zum Einleiten von mit einem Schutzmedium ummanteltem Sauerstoff und einer in die Konvertermündung ragenden Sauerstoff-Aufblaslanze werden im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Wasserstoffgehalt von etwa hächstens 2 ppm mindestens die Hälfte der gesamten Sauerstoffmenge auf das Bad geblasen und gegen Frischende die unterhalb der Badoberfläche befindlichen Düsen kurzzeitig mit einem wasserstofffreien Gas betrieben.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt in einem Sauerstoffdurchblaskonverter, der neben den Sauerstoffeinleitangsdüsen mit Sch-utzmediumummantelung unterhalb der Badoberfläche auch über Sauerstoffaufblasvorrichtungen oberhalb der Badoberfläche verfügt.
  • Bei der Erzeugung von Stahl im Sauerstoffdurchblaskonverter werden die Sauerstoffeinleitungsdüsen in der feuerfesten Konverterausmauerung gegen vorzeitiges Zurückbrennen durch Kohlenwasserstoffe geschützt. Die Düse besteht normalerweise aus zwei konzentrischen Rohren, durch deren Zentralrohr Sauerstoff strömt, und durch den Ringspalt zwischen den beiden Rohren führt man zum Düsenschutz gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe ein. Die Menge der für den Düsenschutz erforderlichen Kohlenwasserstoffe liegt im allgemeinen unter 10 Gew-%, bezogen auf den Sauerstoff.
  • Die eingesetzten Kohlenwasserstoffe und das Hydratwasser im Staubkalk, der als Schlackenbildner dem Frischsauerstoff aufgeladen wird, führen zu einer erhöhten Wasserstoffkonzentration, die bei einigen Stahlqualitäten unerwünscht ist.
  • Beim Frischen von phosphorarmen Roheisen beträgt der Wasserstoffgehalt im Fertigstahl bis zu 5 ppm, beim Einsatz phosphorreicher Roheisensorten liegt er um etwa 2 ppm höher. Dieser im Stahl vorhandene Wasserstoffanteil ist, bezogend auf die unterhalb der Badoberfläche eingeleitete Wasserstoffmenge, relativ klein. Der größte Teil des aus den Kohlenwasserstoffen gebildeten Wasserstoffs wird durch das beim Stahlfrischen entstehende Kohlenmonoxid ausgespült. Der Ausspüleffekt erklärt auch, warum bei phosphorreichem Roheisen der Endwasserstoffgehalt höher liegt als beim Frischen von phosphorarmen Roheisen. Während der Entphosphorung, die bevorzugt im letzten Abschnitt des Blasens erfolgt, entstehen nur noch wenig gasförmige Reaktionsprodukte zum Ausspülen des Wasserstoffs.
  • Für bestimmte Stahlqualitäten ist es erforderlich, betriebssicher niedrige Wasserstoffgehalte von etwa 2 ppm und darunter einzustellen. Mit zunehmender Einführung der Stranggußtechnik ist auch der Anteil der Stahlqualitäten mit niedrigem Wasserstoffgehalt von etwa 2 ppm angestiegen.
  • Das GB-Patent 12 53 581, das sich auf das Sauerstoffdurchblasverfahren bezieht, beschreibt zum Abbau erhöhter Wasserstoffgehalte die Möglichkeit, kurzfristig (30 bis 60 Sekunden) mit Stickstoff oder Argon zu spülen, um den Wasserstoffgehalt auf etwa 50% zu verringern. Die Wasserstoffverminderung um 50% bezieht sich dabei auf höhere Wasserstoffausgangsgehalte, die sich bei der Verwendung von Wasserstoff als Düsenschutzmedium einstellen. In der Betriebspraxis wird üblicherweise mit 1 bis 2 Minuten Spülzeit gearbeitet. Als Spülgas dient normalerweise Stickstoff, und bei Stahlqualitäten mit niedrigem Stickstoffendwert findet Argon Anwendung. Bei der Spülbehandlung kommen Spülgasmengen von 2 bis 3 Nm3/min und t Stahl zum Einsatz. Mit dieser Spülbehandlung ist ein Temperaturverlust von etwa 10 C/min, d.h. bei zweiminütigem Nachblasen von 20°C, verbunden. Als Nachteile zeigen sich demzufolge die Kosten für das Spülgas, insbesondere Argon, und der Temneraturverlust, der ungefähr einer Verminderung der Schrotteinschmelzkapazität von ca. 10 kg/t Stahl entspricht.
  • Das US-Patent 39 53 199, entsprechend DE-Patent 24 05 351, beschreibt ein modifiziertes Sauerstoffaufblasverfahren, bei dem gegen Frischende, wenn der Kohlenstoffgehalt der Schmelze zwischen 0.2 und 0.05% beträgt, Sauerstoff verstärkt bis zu 50% durch Bodendüsen dem Bad zugeführt wird, um tiefe Endkohlenstoffgehalte im Stahl und niedrige Eisenoxidgehalte in der Schlacke zu erreichen. Als ein Vorteil dieses bekannten Verfahrens wird auch der niedrigere Wasserstoffgehalt im Vergleich zum Sauerstoffdurchblasprozeß angegeben. Mit der geforderten Erhöhung der Sauerstoffblasrate durch die Bodendüsen gegen Frischende ist jedoch auch eine gesteigerte Zufuhr von Kohlenwasserstoffen zum Düsenschutz verbunden, und damit lassen sich tiefe Wasserstoffendwerte im Stahl nicht mehr betriebssicher einstellen.
  • Weiterhin ist in der bisher nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 27 55 165 beschrieben, Sauerstoff gemäß dem Sauerstoffdurchblasverfahren von unten und gleichzeitig Sauerstoff auf das Bad zu blasen. Dieses Verfahren dient insbesondere der Schrottsatzerhöhung und gibt als einen weiteren Vorteil die Möglichkeit zur Reduzierung der Anzahl der Düsen unterhalb der Badoberfläche an. Mit der verringerten Düsenanzahl unterhalb der Badoberfläche ist ein geringerer Verbrauch von Düsenschutzmedium verbunden, der wiederum zu tieferen Wasserstoffgehalten gegenüber dem reinen Sauerstoffdurchblasprozeß im Fertigstahl führt. Es ist ein Wasserstoffgehalt in der Größenordnung von 4 ppm beim Sauerstoffdurchblasprozeß und im Mittel von 3 ppm beim Verfahren nach der genannten Patentanmeldung erwähnt. Diese Ermäßigung der Wasserstoffkonzentration im Fertigstahl ist auf die Einsparung von Kohlenwasserstoffen zum Düsenschutz zurückzuführen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, in möglichst wirtschaftlicher Weise Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt in einem gemäß der deutschen Patentanmeldung P 27 55 165 weiterentwickelten Sauerstoffdurchblaskonverter herzustellen und die bekannten Vorteile des Sauerstoffdurchblasverfahrens insbesondere der zuverlässig steuerbare Frischverlauf, die tiefen Endkohlenstoffgehalte, der niedrige Eisenoxidgehalt der Abstichschlacke, das gesicherte und gesteigerte Schrotteinschmelzvermögen und das hohe Ausbringen, beizubehalten.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zur betriebssicheren Einstellung von Wasserstoffgehalten im Stahl von ungefähr 2 ppm und kleiner, mindestens die Hälfte der gesamten Sauerstoffmenge auf das Bad geblasen wird und gegen Frischende die Düsen unterhalb der Badoberfläche kurzzeitig mit wasserstoff-freien Gasen betrieben werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mit ungefähr konstanter Durchflußrate bis zum Frischende mindestens 50% der gesamten Sauerstoffmenge auf das Bad geblasen. Vorzugsweise liegt die von oben der Schmelze zugeführte Sauerstoffmenge, bezogen auf den Gesamt-Frischsauerstoff, höher und beträgt etwa 2/3 der Gesamtsauerstoffmenge. Der aufgeblasene Sauerstoffanteil kann auch größer sein und etwa 85%,in Sonderfällen sogar 90%, der Gesamtsauerstoffmenge betragen, die der Schmelze im Konverter zugeführt wird.
  • Während man unterhalb der Badoberfläche normalerweise die bekannten Bodendüsen aus zwei konzentrischen Rohren oder die sogenannten Ringschlitzdüsen gemäß DE-Patent 24 38 142 einsetzt, wird der Sauerstoff von oben in bekannter Weise über Lanzen oder Seitendüsen, die im oberen Konverterbereich der feuerfesten Ausmauerung installiert und ungefähr auf das Badzentrum gerichtet sind, eingeblasen. Für die in der Konverterausmauerung angebrachten Seitendüsen verwendet man zum Düsenschutz ebenfalls Kohlenwasserstoffe, jedoch liegen die erforderlichen Mengen nur bei etwa 10% im Vergleich zu der für den Bodendüsenschutz eingesetzten Kohlenwasserstoffrate. Die somit über die Seitendüsen zugeführten Wasserstoffmengen sind im allgemeinen vernachlässigbar klein. Es liegt im Sinne der Erfindung, bei Schmelzen mit extrem niedrigen Wasserstoffendgehalten auch die Seitendüsen in der letzten Frischphase anstelle von Kohlenwasserstoff mit Inertgas zu betreiben.
  • Die bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Anzahl der Düsen unterhalb der Badoberfläche gegenüber einem üblichen Sauerstoffdurchblaskonverter auf weniger als die Hälfte zu reduzieren und etwa 2/3 der in der Zeiteinheit der Schmelze zugeführten Sauerstoffmenge auf das Bad zu blasen. Als Aufblasvorrichtungen kommen bei den Sauerstoffdurchblaskonvertern vorzugsweise Seitendüsen zur Anwendung, und bei mit Bodendüsen ausgerüsteten Sauerstoffaufblaskonvertern wird hauptsächlich die wassergekühlte Lanze für das Sauerstoffaufblasen von oben beibehalten.
  • Gemäß der Erfindung bemißt man den freien Sauerstoffblasquerschnitt, in Abhängigkeit vom Sauerstoffvordruck für die Aufblasvorrichtung und die Düsen unterhalb der Badoberfläche, in dem Verhältnis, daß 50 bis 90%, vorzugsweise etwa 2/3, der Sauerstoffdurchflußrate auf die Schmelze geblasen werden. Die eingestellten Sauerstoffblasraten hält man ungefähr während der gesamten Frischzeit konstant. Geringfügige Abweichungen von diesen Blasraten unterhalb und oberhalb der Badoberfläche, beispielsweise durch die Beladung des Sauerstoffs mit Schlackenbildnern, liegen selbstverständlich im Rahmen der Erfindung. Deutliche Steigerungen der Sauerstoffzufuhr durch die Bodendüsen zum Frischende hin, sind dagegen zu vermeiden, weil damit ein verstärkter Kohlenwasserstoffdurchsatz zum Düsenschutz parallel geht, der wiederum erhöhte Wasserstoffwerte im Stahl nach sich ziehen kann. Erfindungsgemäß ist gerade gegen Frischende, bei reduzierter CO-Entwicklung in der Schmelze, die Kohlenwasserstoffzufuhr auf das erforderliche Minimum zu begrenzen und in den letzten 0.1 bis 2 Minuten der Frischzeit ganz zu vermeiden.
  • Die bekannte Maßnahme, durch eine Spülgasbehandlung über die Bodendüsen den Wasserstoffgehalt zu senken, ist, wie bereits ausgeführt, mit wirtschaftlichen Nachteilen verbunden. Es müssen ca. 2 bis 3 Nm3/min und t Stahl an Spülgas eingesetzt werden. Bei einem 60 t-Konverter spült man mit einer Stickstoff- oder Argonblasrate von ca. 10 000 Nm3/h etwa zwei Minuten, um Wasserstoffgehalte im Stahl von etwa 2 ppm einzustellen. Neben den Kosten für das Spülmedium und dem Temperaturverlust, der sich bei gleicher Abstichtemperatur in einer Schrottsatzreduzierung bemerkbar macht, wirkt sich die Spülgasbehandlung von etwa 2 Minuten und mehr nachteilig auf den Düsenverschleiß aus, und damit ist ein erhöhter Verbrauch der feuerfesten Bodenausmauerung verbunden. Die größere Feuerfest-Verschleißrate der Konverterböden führt aber zu einer unerwünschten Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit bei der Stahlerzeugung.
  • Normalerweise zeigen die Düsen in einem Sauerstoffdurchblaskonverter Ansätze von etwa 150 mm Durchmesser, die geringfügig über dem Niveau der feuerfesten Zustellung des Bodens herausragen. Diese Ansätze bilden sich pilzförmig über dem Düsenschutzmediumkanal aus und verlaufen weiter nach außen, während das zentrale Sauerstoffeinleitungsrohr frei bleibt. Nach einer Spülgasbehandlung von etwa 2 Minuten sind diese Düsenansätze kaum mehr erkennbar. Die Düsen brennen teilweise geringfügig zurück und liegen, abhängig von der Temperatur der Schmelze, bis zu 5 cm im Bodenmauerwerk zurück. Das Abschmelzen bzw. Abbrennen der Düsenansätze ist Ursache für den erhöhten Düsen- bzw. Bodenverschleiß.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet das Zurückbrennen der Düsen und damit den erhöhten Verschleiß der Bodenausmauerung. Die Düsenansätze reduzieren sich normalerweise nur geringfügig, und erst an der oberen Grenze von etwa 2 Minuten der Blasezeit mit wasserstoff-freien Gasen ist eine Abnahme des Düsenansatzes zu erkennen. Der Düsenansatz regeneriert sich jedoch, d.h. er vergrößert sich auf das übliche Maß, bei der nächsten Schmelze, sobald wieder Kohlenwasserstoffe zum Düsenschutz eingeleitet werden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung wird bevorzugt. so durchgeführt, daß 2/3 der Frischsauerstoffmenge auf das Bad geblasen werden und man den Rest des Sauerstoffs durch Düsen unterhalb der Badoberfläche der Schmelze zuführt. Bei ungefähr gleichbleibender Blasrate für die Düsen unterhalb der Badoberfläche wird gegen Frischende, etwa 0.1 bis 2 Minuten vor dem Abstich, auf wasserstoff-freies Gas umgeschaltet. Der Hauptstrom der Düsen, dies ist der Gasstrom durch das zentrale Rohr bei Düsen aus zwei konzentrischen Rohren oder durch den Sauerstoffringspalt bei Ringschlitzdüsen, wird mit Sauerstoff, Mischungen aus Sauerstoff und Stickstof, Luft, CO2 und/oder Inertgas, z.B. Argon, jedoch mit ungefähr gleicher oder kleinerer Durchflußmenge wie für den Frischsauerstoff, gespeist. Durch den Schutzmediumringspalt leitet man entweder Stickstoff, CO, C02, Inertgase, z.B. Argon, oder Mischungen davon. Beim Einsatz von oxydierenden Gasen im Hauptstrom kanr: die Frischwirkung soweit aufrechterhalten werden, daß nur geringe oder keine zusätzlichen Temperaturverluste durch das Einleiten der wasserstoff-freien Gase entstehen.
  • Bei der Anwendung von Inertgasen, vorzugsweise Argon, insbesondere für die Erzeugung von Stahlqualitäten mit niedrigem Stickstoffgehalt, beträgt die Blasezeit gemäß der vorliegenden Erfindung ca. 30 Sekunden, um betriebssicher die gewünschten Endwasserstoffgehalte im Stahl von 2 ppm und kleiner einzustellen. Der Argonverbrauch liegt dann etwa bei 0.5 m3/t Stahl. Dieser geringe Argonverbrauch ist mit einem erheblichen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber der bekannten Spülgasbehandlung verbunden.
  • Gemäß der Erfindung können weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Wasserstoffaufnahme im Stahl ergriffen werden, bevor kurzzeitig gegen Frischende mit wasserstoff-freien Gasen unterhalb der Badoberfläche gearbeitet wird. Hierunter wird z.B. verstanden, die Düsen unterhalb der Badoberfläche mit einem Minimalsatz an Kohlenwasserstoffen zum Düsenschutz, beispielsweise in der Größenordnung von 2 bis 3 Gew.-%, bezogen auf den Sauerstoff, zu betreiben. Weiterhin kann beispielsweise der durch die Bodendüsen zugeführte Kalk zur Schlackenbildung besonders vorbehandelt, z.B. getrocknet, sein, um das Hydratwasser zu entfernen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von nichteinschränkenden Beispielen näher beschrieben.
  • In einem 60 t-Konverter, mit einem freien Konvertervolumen von ca. 55 m3 im neu ausgemauerten Zustand, befinden sich vier Düsen in der Bodenausmauerung. Die Düsen bestehen wie üblich aus zwei konzentrischen Rohren. Im oberen Konverterkonus, etwa 3 m über der Badoberfläche, sind zwei Seitendüsen in der feuerfesten Ausmauerung eingebaut. Die Neigung der Seitendüsen ist so ausgerichtet, daß die austretenden Sauerstoffstrahlen ungefähr auf das Zentrum der Badoberfläche gerichtet sind. Der Sauerstoffblasquerschnitt der vier Bodendüsen hat ungefähr 18 cm2 und der der beiden Seitendüsen 48 cm .
  • In diesem Konverter chargiert man ca. 22 t Schrott und t,-5 t Roheisen einer Analyse von 3.5% Kohlenstoff, 0.7% Silizium, 1% Mangan, 1.8% Phosphor. Die Bodendüsen werden mit einer Blasrate von ca. 5 000 Nm3/h Sauerstoff und die Seitendüsen mit ca. 11 000 Nm3/h Sauerstoff betrieben. Zum Düsenschutz der Bodendüsen setzt man 120 Nm3/h Propan ein, und die entsprechende Propanblasrate für die Seitendüsen beträgt 50 Nm3/h.
  • Nach einer Hauptblasperiode von ca. 10 Minuten wird die Schlacke aus dem Konverter abgestochen und eine Stahlprobe für die Analyse genommen. Gemäß dieser Analyse bläst man ca. 2 Minuten mit ungefähr den gleichen Blasraten für Boden- und Seitendüsen, wie während der Hauptblasperiode, nach. Die letzten 0.5 Minuten laufen die Bodendüsen mit Luft im Hauptstrom und N2 im Ringspalt. Die Seitendüsen betreibt man bis zur Konverterdrehung in die Abstichposition mit Sauerstoff. Nach einer Gesamtzeit von 2.5 Minuten für das Nachblasen wird der Stahl aus dem Konverter mit einer Analyse von 0.02% Kohlenstoff, 0.1% Mangan, 0.020% Propan, 30 ppm Stickstoff und 1.5 ppm Wasserstoff abgestochen.
  • Bei einer anderen Charge mit sonst gleicher Verfahrensweise wie in dem vorgenannten Beispiel werden die Bodendüsen jedoch in den letzten 0.3 Minuten der Nachblasperiode im Hauptstrom und im Ringspalt mit Argon betrieben. Die Stahlabstichanalyse weist gegenüber der zuvor genannten dann einen Stickstoffgehalt von 15 ppm und einen Wasserstoffgehalt von 1.5 ppm auf.
  • Ein umgebauter 150 t-Sauerstoffaufblaskonverter, der über eine Lanzen-Einrichtung verfügt, ist mit sechs Bodendüsen ausgerüstet. In diesen Konverter werden 45 t Schrott und 120 t Roheisen chargiert. Bei dem Roheisen handelt es sich um phosphorarmes Roheisen der Zusammensetzung 4.4% Kohlenstoff, 1.0% Silizium, 0.8% Mangan, 0.1% Phosphor. Durch die Lanze führt man der Schmelze etwa 80% der gesamten Sauerstoffmenge zu, und der Rest strömt durch die Bodendüsen. Die Kohlenwasserstoffmenge zum Schutz der Bodendüsen beträgt insgesamt 90 kg. Während der letzten 0.8 Blasminuten leitet man durch die Bodendüsen 100 m3 Stickstoff ein. Die Abstichanalyse des Stahles zeigt einen Wasserstoffgehalt von 1.8 ppm.
  • In einem Sonderfall, bei dem der zuvor genannte 150 t-Sauerstoffaufblaskonverter nur über zwei Düsen im Konverterboden verfügt, werden lediglich 10% der Gesamtsauerstoffmenge über diese Bodendüsen der Schmelze im Konverter zugeführt. Die Kohlenwasserstoffmenge für den Düsenschutz beträgt in diesem Fall 25 kg. Der chargierte Schrott und das Roheisen entsprechen in Menge und Analyse dem vorhergehenden Beispiel. In der letzten Blasminute hat man duch die beiden Bodendüsen 60 Nm3 Kohlendioxyd eingeleitet. Der aus dem Konverter abgestochene Stahl hatte eine Wasserstoffkonzentration von 1.7 ppm und einen Suickstoffgehalt von 19 ppm.
  • Der gleiche 60 t-Konverter wie im ersten Beispiel beschrieben, ist anstelle der Bodendüsen mit zwei Seitendüsen unterhalb der Badoberfläche ausgerüstet. Die Seitendüsen sind etwa 0.3 m oberhalb des Bodens in der feuerfesten Ausmauerung der Konverterseitenwand eingebaut und verfügen über den gleichen freien Sauerstoffblasquerschnitt wie die im ersten Beispiel genannten vier Bodendüsen.
  • Die in den Konverter chargierten Einsatzstoffe und die Sauerstoffblasraten unterhalb und oberhalb der Badoberfläche entsprechen ebenfalls dem genannten Beispiel. Lediglich die Kohlenwasserstoffmenge für den Düsenschutz der Seidenwanddüsen unterhalb der Badoberfläche wird auf ca. 180 Nm3/h erhöht. Durch diese Verfahrensweise vergrößert sich der Düsenansatz nach der Hauptblasperiode auf ca. 200 mm Durchmesser und steht gegenüber der Wandausmauerung ca. 5 cm hervor. Der Wasserstoffgehalt der Schmelze nach der Hauptblasperiode beträgt etwa 3.5 ppm, während er im ersten Beispiel bei etwa 3 ppm liegt. Durch eine Blasezeit von einer Minute mit wasserstoff- freien Gasen, nämlich Luft im Hauptstrom und Stickstoff im Ringspalt, durch die Düsen unterhalb der Badoberfläche, wird die gleiche Abstichanalyse eingestellt. Der Wasserstoffgehalt beträgt, wie im ersten Beispiel, 1.5 ppm, der Stickstoffgehalt ist geringfügig erhöht und beträgt 35 ppm. Die Düsenansätze haben sich während der Nachblasezeit mit wasserstoff-freien Gasen auf einen Durchmesser von ca. 100 mm verkleinert und stehen schätzungsweise 1 cm gegenüber der Konverterausmauerung vor.
  • Bei der Erzeugung von Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt, gemäß der Erfindung, erweist es sich als vorteilhaft, für die Blasperiode am Ende des Frischvorganges von 0.1 bis 2 Minuten mit waserstoffreien Gasen, Kohlendioxid (c02) einzusetzen. Insbesondere wenn der Sauerstoffkanal (Hauptstrom) der Bodendüsen weiter mit oxidierendem Gas, vorzugsweise Sauerstoff, betrieben wird und nur im Ringspalt anstelle der Kohlenwasserstoffe ein wasserstoffreies Gas zum Einsatz kommt, hat sich Kohlensäure gegenüber Argon und Stickstoff als günstiger erwiesen, hauptsächlich weil kleinere Mengen in bezug auf den Sauerstoff zum Düsenschutz ausreichen. Während beim Einsatz von Argon oder Stickstoff etwa 40 bis 50 Vol-%, bezogen auf den Sauerstoff, für einen ausreichenden Düsenschutz erforderlich sind, genügen bei der Verwendung von Kohlendioxid überraschenderweise bereits 20 bis 30 Vol-%. Darüber hinaus bilden sich die Düsenansätze in dieser Blasperiode mit wasserstoffreien Gasen bei der Verwendung von Kohlendioxid nicht so stark zurück, wie dies beim Blasen mit Stickstoff und Argon der Fall ist. Weiterhin kommt es beim Einsatz von Kohlensäure (c02) wie beim Einsatz von Argon zu keiner Erhöhung der Stickstoffkonzentration im Stahl während der genannten Blasperiode am Ende des Frischvorganges. Allerdings ist der Wärmeverbrauch beim Einsatz von Kohlendioxid höher, da zu dem Aufheizen der eingesetzten Gasmenge noch die Dissoziationsenergie (c02 = CO + 0) hinzukommt.
  • In den bereits zu Beispiel 1 beschriebenen 60 t-Konverter werden die gleichen Einsatzstoffe (22 t Schrott und 45 t Roheisen der genannten Zusammensetzung) chargiert. Es wird ebenfalls mit den gleichen Sauerstoffauf- und -durchblasraten gearbeitet. Die Propanblasrate für den Schutz der Bodendüsen beträgt 80 Nm3/h. In den letzten 50 Sekunden der Gesamtfrischzeit, d.h. während der Nachblasperiode und beim Drehen des Konverters in die Abstichposition, betreibt man die Bodendüsen im Hauptstrom weiterhin mit Sauerstoff der genannten Blasrate von 5000 Nm3/h. Durch die Ringspalte der vier Bodendüsen wird C02 mit einer Blasrate von ca. 1000 Nm3/h geleitet. Der abgestochene Stahl weist in der Analyse eine Stickstoffkonzentration von 17 ppm und einen Wasserstoffgehalt von 1.6 ppm auf.
  • Den gleichen Konverter hat man auch mit geringeren Sauerstoffblasraten durch die Bodendüsen betrieben. Dabei sind lediglich zwei Düsen im Konverterboden eingebaut, durch die 2000 Nm3/h Sauerstoff strömen, während über die beiden Seitendüsen oberhalb der Badoberfläche, die im Querschnitt vergrößert sind, ca. 17 000 Nm3 pro Stunde Sauerstoff auf das Bad geblasen werden. Zum Düsenschutz der Bodendüsen kommt Propan mit einer Blasrate von 45 Nm3/h während der Frischzeit und in den letzten 0.8 Minuten 500 Nm3/h C02 zum Einsatz.
  • Die Verwendung von Kohlendioxid erweist sich gegenüber Argon als besonders wirtschaftlich, da nur ungefähr die Hälfte der Gasmenge, in bezug auf den Sauerstoff, zu einem ausreichenden Düsenschutz erforderlich ist. Die metallurgischen Ergebnisse, hauptsächlich der niedrige Wasserstoffgehalt und keine zusätzliche Stickstoffaufnahme, sind bei diesen beiden wasserstofffreien Gasen, die in der letzten Frischphase von ungefähr 0.1 bis 2 Minuten zur Anwendung kommen, ungefähr gleich.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl mit niedrigem Wasserstoffgehalt in einem Sauerstoff-Durchblaskonverter, der neben den Sauerstoffeinleitungsdüsen mit Schutzmediumummante-lung unterhalb der Badoberfläche auch über Sauerstoffaufblasvorrichtungen oberhalb der Badoberfläche verfügt, dadurch gekennzeichnet , daß zur betriebssicheren Einstellung von Wasserstoffgehalten im Stahl von ungefähr 2 ppm und kleiner, mindestens die Hälfte der für das Frischen erforderlichen Sauerstoffmenge auf das Bad geblasen wird und gegen Frischende die Düsen unterhalb der Badoberfläche kurzzeitig mit wasserstoff-freien Gasen betrieben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zum Abschluß des Frischvorganges durch die Düsen unterhalb der Badoberfläche 0.1 bis 2 Minuten wasserstoff-freie Gase geleitet werden.
3. Verfahren nach den Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß als wasser tofffreie Gase oxydierende Gase, Luft, C02, CO, Stickstoff, Inertgase, Argon und Mischungen davon eingesetzt werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Hauptstrom und der Mantelgasstrom der Düsen unterhalb der Badoberfläche mit unterschiedlichen wasserstofffreien Gasen versorgt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Hauptstrom und der Mantelgasstrom der Düsen unterhalb der Badoberfläche mit den gleichen wasserstoff- freien Gasen versorgt werden.
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