EP0140001B1 - 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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EP0140001B1
EP0140001B1 EP84110166A EP84110166A EP0140001B1 EP 0140001 B1 EP0140001 B1 EP 0140001B1 EP 84110166 A EP84110166 A EP 84110166A EP 84110166 A EP84110166 A EP 84110166A EP 0140001 B1 EP0140001 B1 EP 0140001B1
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converter
steel
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pan
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Glasmeyer Ulrich Dipl-Ing
MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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MAN Gutehoffnungshutte GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072—Treatment with gases

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of steels with a high degree of purity and low gas contents in steelworks and steel foundries, in which the steel is melted and deoxidized with the desired alloy components in a converter after it has been melted in its own unit, while at the same time flushing with inert gas is carried out and the melt is refined in the ladle by purging with inert gas.
  • 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 object is achieved according to the invention in the method mentioned at the outset in that the process gas supply during the converter treatment is regulated in the range from 0.5 to 2.0 Nm 3 / t / min, in that the carbon content of the steel is at least 0.5 during the fresh period % is reduced, that the process gas supply in the converter takes place through injection openings in the floor or near the floor, that a collecting slag containing deoxidizing substances is placed in the pan, that the outflowing steel is protected against reoxidation by an inert gas curtain and that during the purging phase an inert gas throughput of 0.01 to 0.05 Nm 3 / t is set in the pan.
  • argon in particular can be used as the inert gas.
  • a temporary reduction in the size of the converter mouth can advantageously take place in the converter during the deoxidation phase.
  • 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 11 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 11 and 111.
  • phase 11 and 111 the converter treatment with oxygen, nitrogen, air or argon or mixtures of these gases is carried out after the additives and additives have been introduced.
  • phase IV After the melt has been tipped into 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.
  • a fine rinsing phase with significantly lower gas throughputs for example 0.01 to 0.05 Nm 3 / t, then takes place in the pan.
  • the mixing and control elements for the introduction of the required gases into 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 is tapped.
  • 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 protected by means of a deoxidizing agent and using an inert gas shield to avoid reoxidation with atmospheric oxygen.
  • phase V the steel is then poured under pouring beam protection.
  • All slag formers should be filled into the converter in advance and the batch should be decanted without slag. At least 0.5 percent carbon is freshened out in the converter.
  • the process gas supply must be controllable in the range from 0.5 to 2.0 Nm 3 / t / min with a suitable extraction of the flue gas quantities.
  • a rinsing with at least 4 to 6 Nm 3 ar / t should be carried out, and the time until tapping after completion of the melt may not exceed 5 to 10 minutes.
  • 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.
  • the particular advantages of the method and the device according to the invention include in the fact that it can not only be used for the production of better steel in industrialized countries, but that, due to its simplicity and stable process management, it can also be used successfully in non-highly industrialized countries.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien, bei welchem der Stahl nach dem in einem eigenen Aggregat erfolgten Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen in einem Konverter gefrischt und desoxydiert wird, wobei gleichzeitig eine Spülung mit Inertgas erfolgt und die Schmelze nach dem Abstich in der Pfanne durch Spülung mit Inertgas gefeint wird.
  • 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 Lichtbogenofen 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 Reaktionsraum 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 die Prozeßgaszufuhr während der Konverterbehandlung im Bereich von 0,5 bis 2,0 Nm3/t/min geregelt wird, daß der Kohlenstoffgehalt des Stahls während der Frischperiode um mindestens 0,5% verringert wird, daß die Prozeßgaszufuhr im Konverter durch Einblasöffnungen im Boden oder nahe dem Boden erfolgt, daß in die Pfanne auf den Stahl eine desoxydierende Substanzen enthaltende Auffangschlacke aufgegeben wird, daß der ausfließende Stahl durch einen Inertgasschleier vor Reoxydation geschützt wird und daß während der Feinspülphase in der Pfanne ein Inertgasdurchsatz von 0,01 bis 0,05 Nm3/t eingestellt wird.
  • In der Feinspülphase wird insbesondere die Entstehung von störenden groben Einschlüssen vermieden.
  • In diesem Zusammenhang kann als Inertgas insbesondere Argon verwendet werden.
  • Weiterhin kann vorteilhaft während der Desoxydationsphase im Konverter eine zeitweise Verkleinerung der Konvertermündung erfolgen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 5.
  • Die Merkmale 2 bis 4 des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches sind dabei als bei der Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad an sich bekannte Einzelschritte anzusehen. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Gegenstand der Erfindung es erlaubt, mit geringem apparativem 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
    • - Verbesserung des Ausbringens
    • - sichere Reproduzierbarkeit der Ergebnisse durch einfache Steuerbarkeit
    • - energiesparende Nutzung der Rohstoffe
    • - 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 11 wird der Stahl abgestochen und mit den gewünschen Legierungszusätzen sowie solchen Zusätzen versehen, die im Frischverfahren gemäß den Phasen 11 und 111 die notwendige Temperaturerhöhung ermöglichen.
  • In der Phase 11 und 111 wird nach Einfüllen der Zuschläge und der Zusätze die Konverterbehandlung mit Sauerstoff, Stickstoff, Luft oder Argon bzw. Mischungen dieser Gase vorgenommen.
  • Nach dem Abkippen der Schmelze in eine Pfanne gemäß Phase IV wird dort eine Feinspülung vorgenommen und danach kann in Phase V entweder ein Block-, Form- oder Strangguß usw. erfolgen.
  • Diese vorstehend genannten Vorgänge sind bei der Stahlherstellung als Einzelschritte schon bekannt.
  • 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 etwa 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.
  • Eine Feinspülphase mit erheblich geringeren Gasdurchsätzen, z.B. 0,01 bis 0,05 Nm3/t, erfolgt anschließend in der Pfanne.
  • In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, daß die Misch- und Kontrollorgane für die Einführung der benötigten Gase in einen 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 ein Teil der Auffangschlacke bildet. Während des Abkippens wird die Inertgasatmosphäre im Konverter beibehalten und der ausfließende Stahl wird zur Vermeidung der Reoxydation mit Luftsauerstoff mittels eines Desoxydationsmittels sowie unter Anwendung einer Inertgasabschirmung geschützt.
  • 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 der 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 in den Konverter eingefüllt werden und die Charge sollte schlackenfrei umgefüllt werden. Im Konverter werden mindestens 0,5 Prozent Kohlenstoff herausgefrischt.
  • Die Prozeßgaszufuhr muß im Bereich von 0,5 bis 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 bis 6 Nm3 Ar/t durchgeführt werden, und die Zeit bis zum Abstich nach Fertigstellung der Schmelze darf höchstens 5 bis 10 min betragen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, die Abstichpfanne basisch oder neutral zuzustellen. Sie ist gut vorzuwärmen und mit einem 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 hochindustrialisierten Ländern erfolgreich verwendet werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgießereien, bei welchem der Stahl nach dem in einem eigenen Aggregat erfolgten Einschmelzen mit den gewünschten Legierungsbestandteilen in einem Konverter gefrischt und desoxydiert wird, wobei gleichzeitig eine Spülung mit Inertgas erfolgt und die Schmelze nach dem Abstich in der Pfanne durch Spülung mit Inertgas gefeint wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konverter mit einem spezifischen Reaktionsraum zwischen 0,45 und 0,8 m3/t Ausbringen benutzt wird, daß die Prozeßgaszufuhr während der Konverterbehandlung im Bereich von 0,5 bis 2,0 Nm3/t/min geregelt wird, daß der Kohlenstoffgehalt des Stahls während der Frischperiode um mindestens 0,5 Prozent verringert wird, dass die Prozeßgaszufuhr im Konverter durch Einblasöffnungen im Boden oder nahe dem Boden erfolgt, daß in die Pfanne auf den Stahl eine desoxydierende Substanzen enthaltende Auffangschlacke aufgegeben wird, daß der ausfließende Stahl durch einen Inertgasschleier vor Reoxydation geschützt wird und daß während der Feinspülphase in der Pfanne ein Inertgasdurchsatz von 0,01 bis 0,05 Nm3/t eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Desoxydationsphase die Konvertermündung zeitweise verkleinert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter über den Rand entleert wird und die Schlacke mit in die Pfanne gekippt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abstichs des Konverters die Inertgasatmosphäre in dem Konverter bestehen bleibt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des durchgesetzten Prozeßgases während der Frisch- und der Desoxydationsphase ein Vielfaches, mindestens 10- bis 20mal so groß ist wie die in der Feinspülphase durchgesetzten Inertgasmengen in der Pfanne.
EP84110166A 1983-09-02 1984-08-25 Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad und geringen Gasgehalten in Stahlwerken und Stahlgiessereien Expired EP0140001B1 (de)

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