EP0140001A1 - Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgiessereien - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgiessereien Download PDF

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EP0140001A1
EP0140001A1 EP84110166A EP84110166A EP0140001A1 EP 0140001 A1 EP0140001 A1 EP 0140001A1 EP 84110166 A EP84110166 A EP 84110166A EP 84110166 A EP84110166 A EP 84110166A EP 0140001 A1 EP0140001 A1 EP 0140001A1
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oxygen
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Glasmeyer Ulrich Dipl-Ing
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    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases

Definitions

  • the invention relates to a method and the device for the production of steels with a high degree of purity and low gas contents for special requirements, in which the liquid steel is refined with an inert gas in a pan and the treatment steps refining and deoxidizing are carried out in a converter.
  • the best known is the melting in the arc furnace or the melting in the arc furnace with subsequent freshening in a converter using mixed gases or under vacuum.
  • the device for carrying out the method according to the invention should furthermore be of relatively simple construction and be able to be operated at low energy costs, it being possible to dispense with the use of vacuum and high operator expenditure.
  • the converter is refined in one or more phases by means of an inert gas / air / oxygen mixture, with the after a rapid deoxidation phase known per se and, after the smear, a fine rinsing phase with inert gas in the pan.
  • a collecting slag can advantageously be applied to the melt. This is followed by the fine rinsing phase, which in particular prevents the formation of troublesome coarse inclusions.
  • argon in particular can be used as the inert gas.
  • Can also advantageous during the Desoxydationsphase converter in a reduction in the Konverteröff - opening area and / or, during tapping from the converter may further advantageously a deoxidant for the avoidance of Stahloxydation abandoned and the converter to be kept oxygen-free atmosphere.
  • the device for carrying out the method described above is advantageously characterized in that a converter for freshening and deoxidizing the steel is present in several phases, which allows successive treatment with an inert gas / air / oxygen mixture and pure inert gas with widely differing gas quantities.
  • the converter advantageously has a device which temporarily allows the converter opening to be reduced.
  • the converter can advantageously have injection openings and a gas quantity control which allow a continuous variation of the different gases to be injected. Controlling the action of the injection openings individually can be advantageous.
  • the subject matter of the invention makes it possible, with little outlay on equipment and without the use of vacuum, during the adjustment of the steel to the desired one metallurgical values, to produce a particularly high-quality steel, and with which stable and reproducible control is possible.
  • the steel is melted in phase I, this being possible either in a cupola furnace, an induction furnace or an arc furnace or in a crucible heated by a lance.
  • phase II the steel is tapped and provided with the desired alloy additives as well as additives that enable the necessary temperature increase in the fresh process according to phases II and III.
  • phase IV After the melt has been tipped over in a pan in accordance with phase IV, a fine rinsing is carried out there and then in phase V either block, mold or continuous casting etc. can take place.
  • the mixing and control elements for the introduction of the required gases in a converter have an appropriate design and that the injection openings in the bottom or near the bottom of the converter are designed in such a way that they are also in phases with low gas throughput stay free of penetrating steel.
  • the device for reducing the converter opening can be designed such that it can remain on the converter when the melt taps.
  • the melt is emptied via the converter edge, the slag being tipped into the pan and forming part of the collecting slag there.
  • the inert gas atmosphere is maintained in the converter and the outflowing steel is curled to avoid a deoxidizer or the use of an inert gas shield.
  • phase V the steel is then poured under pouring beam protection.
  • All slag formers should be filled in advance in the converter and the batch should be transferred without slag. At least 0.5% carbon is freshened out in the converter.
  • the process gas supply must be controllable in the range of 0.5 - 2.0 Nm 3 / t / min with a suitable extraction of the flue gas quantities.
  • a rinsing with at least 4 - 6 Nm'Ar / t should be carried out and the time until tapping after completion of the melt should not exceed 5 - 10 min.
  • tapping pan It is also advantageous to adjust the tapping pan to be basic or neutral. It should be preheated well and equipped with one or more floor sinks.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien, bei welchem der flüssige Stahl in einer Pfanne mit einem Inertgas gespült wird, wobei vor der Pfannenbehandlung und nach dem Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen ein Frischen in einem Konverter mittels eines Inertgas-/Luft-/Sauerstoffgemisches in einer oder mehreren Phase (n) erfolgt, wobei die einzelnen Behandlungsstufen Frischen, Desoxydieren und Feinen so getrennt werden, daß jeder Schritt optimal durchgeführt werden kann, ohne den Zusammenhang des gesamten Prozeßablaufs zu stören.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Einrichtung zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten für besondere Anforderungen, bei welchem der flüssige Stahl in einer Pfanne mit einem Inertgas gefeint wird und die Behandlungsstufen Frischen und Desoxydieren in einem Konverter durchgeführt werden.
  • Zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten sind bereits verschiedene Verfahren bekannt.
  • Am bekanntesten ist dabei das Erschmelzen im Lichtbogenofen oder das Erschmelzen im Lichbogenofen mit nachgeschaltetem Frischen in einem Konverter unter Verwendung von Mischgasen oder unter Vakuum.
  • Die Herstellung der besonderen Stähle nur im Lichtbogenofen ist energietechnisch sehr aufwendig und hinsichtlich des einzustellenden Reinheitsgrades problematisch.
  • Die Herstellung der angeführten Stähle im Lichtbogenofen mit nachgeschaltetem Frischen in bisher bekannten Konvertern unter Verwendung von Mischgasen hat den Nachteil, daß diese Konverter, ursprünglich ausgelegt für die alleinige Herstellung von Chromstählen, einen kleineren spezifischen Reaktioneraum haben, als er für die Herstellung der angeführten Stahlqualitäten erforderlich ist. Voraussetzung für eine notwendige hohe Frisch- und Aufheizgeschwindigkeit ist ein großes spezifisches Reaktionsvolumen mit einem hohen spezifischen Sauerstoffangebot.
  • Außerdem ist während der Desoxydationsphase eine Reoxydation der Schmelze durch in den Reaktionsraum eintretende Luft nicht zu vermeiden.
  • Ferner findet eine intensive Luftsauerstoffberührung während des Abstichs des reduzierten Stahls statt, was als Folge störende oxydische Verunreinigungen ergibt und damit im Produkt zu Ausschuß führt.
  • Die Herstellung der angeführten Stähle mit nachgeschaltetem Frischen in einem Vakuumkonverter ist vom apparativen Aufwand und vom Betreiberaufwand komplizierter und aufwendiger.
  • Die vorstehend genannten Verfahren sind weiterhin schwierig zu fahren und erfordern ein hohes Maß an Erfahrung sowie den Einsatz von Fachpersonal.
  • Es ist weiterhin bekannt, daß bei der Herstellung dieser Stähle eine Endbehandlung in von Inertgas durchspülten Pfannen vorgenommen werden kann. Doch ist auch hier die genaue Einstellung der gewünschten Werte hinsichtlich der Legierungsbestandteile, der Temperatur, des Sauerstoff- und Wasserstoffwertes und Reinheitsgrades nicht oder nur schwierig möglich, wenn die vorgegebenen Ausgangswerte des Lichtbogenofens oder bisher bekannten Konverters nicht reproduzierbar eingestellt werden können.
  • Bei den drei vorgenannten Verfahren ist es weiterhin insbesondere nachteilig, daß die gewünschten metallurgischen Werte nicht mit ausreichender Treffsicherheit einstellbar sind, so daß Materialfehler unvermeidbar sind, die bei hochbelasteten Anlageteilen, z. B. in Kernkraftwerken, nicht mehr toleriert werden können.
  • Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung der vorgenannten Güten zu schaffen, welchen die vorgenannten Nachteile nicht mehr anhaften und die es insbesondere ermöglichen, eine stabile, gut reproduzierbare Qualität des Stahls zu gewährleisten, bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktivität, Verminderung des Ausschußrisikos und guter Steuerbarkeit des Prozesses.
  • Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll weiterhin relativ einfach aufgebaut sein und energiemäßig günstig betrieben werden können, wobei auf die Anwendung von Vakuum und hohen Betreiberaufwand verzichtet werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß vor der Pfannenbehandlung und nach dem Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen ein Frischen in einem Konverter mittels eines Inertgas/Luft/Sauerstoffgemisches in einer oder mehreren Phase(n) erfolgt, wobei auf nach dem an sich bekannten Aufheizen eine Schnell-Desoxydationsphase und nach dem Abstrich eine Feinspülphase mit Inertgas in der Pfanne erfolgt. ,
  • Während der Pfannenbehandlungszeit kann vorteilhaft eine Auffangschlacke auf die Schmelze aufgegeben werden. Danach folgt die Feinspülphase, wodurch insbesondere die Entstehung von störenden groben Einschlüssen vermieden wird. t
  • In diesem Zusammenhang kann als Inertgas insbesondere Argon verwendet werden.
  • Weiterhin kann vorteilhaft während der Desoxydationsphase im Konverter eine Verringerung der Konverteröff- nungsfläche erfolgen und/oder während des Abstichs aus dem Konverter kann weiterhin vorteilhaft ein Desoxydationsmittel zur Vermeidung der Stahloxydation aufgegeben sowie die Konverteratmosphäre sauerstoffrei gehalten werden.
  • Die Einrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kennzeichnet sich vorteilhaft dadurch, daß ein Konverter zum Frischen und Desoxydieren des Stahls in mehreren Phasen vorhanden ist, der nacheinander eine Behandlung mit einem Inertgas/Luft/ Sauerstoffgemisch und reinem Inertgas mit voneinander stark abweichenden Gasmengen erlaubt.
  • Vorteilhaft weist der Konverter eine Vorrichtung auf, die zeitweise eine Verringerung der Konverteröffnung erlaubt.
  • Weiterhin vorteilhaft kann der Konverter Einblasöffnungen und eine Gasmengenregelung aufweisen, die eine stufenlose Variation der einzublasenden unterschiedlichen Gase erlauben. Eine Einzelsteuerung der Beaufschlagung der Einblasöffnungen kann vorteilhaft sein.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Gegenstand der Erfindung es erlaubt, mit geringem apparativen Aufwand und unter Vermeidung des Einsatzes von Vakuum während der Einstellung des Stahls auf die gewünschten metallurgischen Werte, einen besonders hochwertigen Stahl zu erzeugen, und bei dem eine stabile und qualitätsmäßig reproduzierbare Steuerung möglich ist.
  • Gegenüber bisher bekannten Einrichtungen und Verfahren zeichnet sich die Erfindung aus durch
    • - einfache Möglichkeit der genauen Einstellung der chemischen Analyse und Temperatur der Stähle
    • - einfache Einstellung der Endschwefelwerte je nach Anforderung
    • - bessere mechanische Werte in der Endproduktion 4
    • - Verbesserung des Ausbringens
    • - sichere Reproduzierbarkeit der Ergebnisse durch einfache Steuerbarkeit
    • - energiesparende Nutzung der Rohrstoffe
    • - geringe Investitionskosten bei entsprechenden Qualitätszielsetzungen.
  • Im weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1 die einzelnen Phasen I - V der Stahlerzeugung gemäß der Erfindung und
    • Figur 2 die Temperaturführung während der einzelnen Phasen gemäß Figur 1.
  • Gemäß Figur 1 wird in der Phase I der Stahl geschmolzen, wobei dies entweder in einem Kupolofen, Induktions- oder einem Lichtbogenofen oder in einem durch eine Lanze erhitzten Tiegel erfolgen kann.
  • In der Phase II wird der Stahl abgestochen und mit den gewünschten Legierungszusätzen sowie solchen Zusätzen versehen, die im Frischverfahren gemäß den Phasen II und III die notwendige Temperaturerhöhung ermöglichen.
  • In der Phase II und III wird nach Einfüllen der Zuschläge und der Zusätze die Konverterbehandlung mit Sauerstoff, Stickstoff, Luft oder Argon bzw. Mischungen dieser Gase vorgenommen. 4
  • Nach dem Abkippen der Schmelze in einer Pfanne gemäß Phase IV wird dort eine Feinspülung vorgenommen und danach kann in Phase V entweder ein Block-, Form- oder Strangguß usw. erfolgen.
  • Im einzelnen wird nach dem Abstich aus einem Einschmelzaggregat gemäß Phase I der Zusatz von Legierungs- und Zuschlagelementen vorgenommen und danach erfolgt die genannte zweiphasige Behandlung in einem Konverter. Es erfolgt ein rasches und intensives Frischen mit einer erheblichen Temperatursteigerung von ca. 1500 auf über 1700 °C durch das Einblasen des bekannten Inertgas-Luft-Sauerstoffgemisches. Dieses Frischen kann mit einer Lanze unterstützt werden. Es erfolgt dann eine Schnell-Desoxydationsphase mit einer relativ geringen Temperaturverminderung, in welcher bereits die gewünschte Einstellung der Endanalyse weitestgehend erfolgt und in welcher die während des Frischens erzeugten Oxide weitgehend reduziert werden. Nach der Schnell-Desoxydationsphase mit hohen Gasdurchsätzen erfolgt der Abstich. Feine Feinspülphase mit erheblich geringeren Gasdurchsätzen, z. B. 0,01 - 0,05 m3/t erfolgt anschließend in der Pfanne.
  • In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, daß die Misch- und Kontrollorgane für die Einführung der benötigten Gase in einem Konverter eine entsprechende Auslegung besitzen und daß die Einblasöffnungen im Boden oder nahe dem Boden des Konverters derartig ausgebildet sind, daß sie auch in Phasen mit geringem Gasdurchsatz frei von eindringendem Stahl bleiben.
  • Während der Desoxydationsphase ist es vorteilhaft, die Konverteröffnung zu verringern. Die Vorrichtung zur Verringerung der Konverteröffnung kann so ausgebildet sein, daß sie beim'Abstich der Schmelze am Konverter verbleiben kann.
  • Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird die Schmelze über den Konverterrand entleert, wobei die Schlacke mit in die Pfanne gekippt wird und dort einen Teil der Auffangschlacke bildet. Während des Abkippens wird die Inertgasatmosphäre im Konverter beibehalten und der ausfließende Stahl wird zur Vermeidung eines Desoxydationsmittels oder der Anwendung einer Inertgasabschirmung geschürzt.
  • Mit dieser Pfannen-Nachbehandlung lassen sich die gewünschten metallurgischen Werte hinsichtlich der chemischen Analyse, Temperatur und des Reinheitsgrades genau einstellen, wobei die Schmelze derart wird, daß spätere gröbere Einschlüsse vermieden werden können. Es entstehen Stähle mit besseren mechanischen Eigenschaften.
  • In Phase V wird dann der Stahl unter einem Gießstrahlschutz vergossen.
  • Bei Durchführung des Verfahrens ist zu beachten, daß alle eingesetzten Legierungen trocken sind und alle Zugaben so frühzeitig der Schmelze zugesetzt werden, daß sie ebenfalls gut durchgespült werden.
  • Alle Schlackenbildner sollten vorab im Konverter gefüllt sein und die Charge sollte schlackenfrei umgefüllt werden. Im Konverter werden mindestens 0,5 % Kohlenstoff herausgefrischt.
  • Die Prozeßgaszufuhr muß im Bereich von 0,5 - 2,0 Nm3/t/ min regelbar sein mit einer darauf abgestimmten Absaugung der Rauchgasmengen.
  • Während der Behandlungszeit im Konverter sollte eine Spülung mit mindestens 4 - 6 Nm'Ar/t durchgeführt werden und die Zeit bis zum Abstich nach Fertigstellung der Schmelze darf höchstens 5 - 10 min betragen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, die Abstichpfanne basisch oder neutral zuzustellen. Sie ist gut vorzuwärmen und mit ein oder mehreren Boden-Spülsteinen auszurüsten.
  • Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Einrichtung liegen u. a. darin, daß es nicht nur für die Herstellung von besserem Stahl in Industrieländern eingesetzt werden kann, sondern daß es aufgrund seiner Einfachheit und stabilen Verfahrensführung auch in nicht hoch industriealisierten Ländern erfolgreich verwendet werden kann.

Claims (22)

1. Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien, bei welchem der flüssige Stahl in einer Pfanne mit einem Inertgas ge-, spült wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Pfannenbehandlung und nach dem Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen ein Frischen in einem Konverter mittels eines Inertgas/Luft/Sauerstoffgemisches in einer oder mehreren Phase(n) erfolgt, wobei die einzelnen Behandlungsstufen Frischen, Desoxydieren und Feinen so getrennt werden, daß jeder Schritt optimal durchgeführt werden kann, ohne den Zusammenhang des gesamten Prozeßablaufs zu stören.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pfanne eine desoxydierende Substanzen enthaltende Auffangschlacke auf die Schmelze aufgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Pfannenbehandlungszeit eine Feinspülung der Schmelze erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Frischen im Konverter eine Desoxydationsphase bei gleichzeitigem Intensivspülen mit Inertgas folgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter über den Rand entleert wird und die Schlacke mit in die Pfanne gekippt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt des Stahls bei chromhaltigen Stählen kleiner 20 ppm und bei un- und mittellegierten Stählen kleiner 10 ppm eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abstichs des Konverters die Inertgasatmosphäre bestehen bleibt.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgesetzte Inertgasmenge oder Luftmenge oder Luft/Sauerstoff- oder Inertgas/Sauerstoffmenqe während der Aufheiz- und der Desoxydationsphase ein Vielfaches, mindestens 10 - 20 mal so groß ist, wie die in der Feinspülphase durchgesetzte Inertgasmenge in der Pfanne.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Desoxydationsphase eine Verringerung der Konverteröffnungsfläche erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abstichs ein Desoxydationsmittel auf den ausfließenden Stahl zugegeben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ausfließende Stahl durch einen Inertgasschleier vor Reoxydation geschützt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Gesamtbehandlung (Konverter plus Pfanne) die Schlacke auf 10 Teile gerechnet auf folgende Zusammensetzung eingestellt wird:
1 - 2 x A12 0 3
1 - 3 x Si02
2 - 5 x Ca0
1 - 2,x Mg0
1 x sonstige Metalloxyde.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt des Stahls während der Frischperiode um mindestens 0,5 % verringert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischperiode durch zusätzliches Auf- oder Einblasen von Sauerstoff mittels Lanze verkürzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß feste oxydhaltige Stoffe mit Trägergas durch eine Lanze zugegeben werden.
16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Reaktionsraum im Konverter zwischen 0,45 - 0,80 pro t Ausbringen liegt.
17. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konverter zum Frischen des Stahls in mehreren Phasen vorhanden ist, der nacheinander eine Behandlung mit einem Luft/Inertgas/Sauerstoffgemisch und reinem Inertgas mit voneinander stark abweichenden Gasmengen erlaubt, und dem Konverter eine Pfanne zum Feinspülen des Stahls nachgeschaltet ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Konvertermündung eine Vorrichtung aufweist, die zeitweise eine Verringerung der Konverteröffnung erlaubt.
19. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch einen Konverter mit einer Gasmengenregelung und Einblasöffnungen, die eine Variation der einzublasenden unterschiedlichen Gase erlauben.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen mit Einzelsteuerungen vorgesehen sind.
21. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfanne für die fertige Schmelze mit basischen oder neutralen Feuerfestmaterialien zugestellt wird, so daß aus dem Pfannenfutter kein Sauerstoff in die Schmelze nachgeliefert werden kann.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichpfanne für die fertige Schmelze mit Dolomit ausgekleidet ist.
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