EP0226912A2 - Verfahren zum Herstellen von hochwertigem Stahl - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
- C21C5/32—Blowing from above
Definitions
- the invention relates to a method for producing high-quality steel, in the context of an oxygen inflation process.
- high-quality is a steel that has the lowest possible levels of phosphorus, sulfur and non-metallic inclusions.
- One method of achieving the desired carbon content in a melt is to stop decarburization in good time.
- the disadvantage of this method is that it does not allow steels with a high carbon content and at the same time a low phosphorus content to be obtained.
- pretreatment of the pig iron is essential.
- Such pretreatments which are mainly explained by Japanese steel manufacturers in numerous publications, take place outside the converter, in stationary or in mobile pans and require a high level of equipment.
- the necessary temperature losses must be accepted or compensated for by heating units.
- the applicant has set itself the task of developing a process that allows the production of high quality steel, the content of non-metallic inclusions is reduced to a minimum.
- the first step is decarburization in the converter, by blowing oxygen, with the addition of the necessary additives for slagging silicon and phosphorus.
- Decarburization generates heat and the slag becomes reactive as a result of oxygen absorption, with a certain proportion of the phosphorus being absorbed into the slag.
- the decarburization is carried out up to a carbon content below 0.10% C, preferably below 0.05% C, regardless of which carbon content is targeted in the finished steel.
- the second step is a treatment of the essentially decarburized and oxygen-rich bath, in the converter, with carbon.
- This step is carried out by introducing comminuted coal, preferably anthracite, into the melt at the greatest possible speed. This leads to an extremely violent reaction in which the metal bath is simultaneously deoxidized and carburized. It should be emphasized that, in contrast to conventional deoxidation in the pan using a Kombina tion of coal, ferromanganese, ferrosilicon, aluminum, and the like. the deoxidation product here is exclusively gaseous and therefore cannot lead to inclusions. The large amounts of carbon monoxide formed in this way cause the metal phase to swirl vigorously with the slag phase.
- the second process step is terminated at an oxygen content of approximately 250-400 ppm 0.
- the carbon content of the melt is still very low, about 0.04-0.07% C.
- the added carbon primarily deoxidizes the melt before carburization occurs.
- the product Cx0 is reduced to the thermodynamic equilibrium value which corresponds to the respective temperature and gas pressure conditions in the metal bath.
- a "Na 2 O carrier, ie suitable compounds which release Na 2 0 during thermal decomposition, is added, for example by blowing it in together with the carbon.
- the third process step consists in treating the largely deoxidized and partially carburized bath, taking into account the prevailing conditions with regard to bath temperature, oxygen content, carbon content, i.e. that the product C x 0 at the prevailing temperature is also a determining factor in the subsequent procedure.
- the procedure is geared towards introducing a melt which is as low in oxygen as possible and whose carbon content is as close as possible to the pan which does not have to be provided with heating units should be below the targeted final concentration.
- the deoxidation should be carried out as far as possible using carbon, with only carbon monoxide and carbon dioxide being produced.
- the melt can be further treated with carbon in the converter, specifically until the desired final concentration is reached. If the latter is, for example, about 0.10% C, the corresponding oxygen content is about 200 ppm 0. The rack is then tapped into the pan.
- This passivity also allows the CxO balance in the converter to be added by adding e.g. Ferromanganese, by blowing into the steel bath, i.e. With the carbon content remaining the same, the oxygen content of the bath can be reduced even further and this without rephosphorization. Solid deoxidation products do occur, but due to the still high steel temperature and the much larger bath diameter: bath height ratio compared to a ladle, these deoxidation products do not lead to inclusions in the finished steel, but are completely eliminated from the melt and absorbed into the slag.
- e.g. Ferromanganese e.g. Ferromanganese
- the melt pretreated in this way shows particularly good behavior if it is treated in the pan with a deoxidizing and at the same time desulfurizing agent, preferably metallic calcium and synthetic slags.
- a deoxidizing and at the same time desulfurizing agent preferably metallic calcium and synthetic slags.
- desulfurizing agent preferably metallic calcium and synthetic slags.
- the method according to the invention is aimed at the production of both semi-calmed and fully calmed steels.
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Abstract
Das Verfahren zum Herstellen von hochwertigem Stahl, im Rabmen eines Sauerstoff-Aufblasprozesses, ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
(1) eine Entkohlung durch Aufblasen von Sauerstoff bis unterhalb 0,1 % C;
(2) eine Behandlung der Schmelze mit Kohlenstoff, wobei man zerkleinerte Kohle mit möglichst grosser Geschwindigkeit in das Bad einführt, so dass Schmelze und Schlacke in Wallung geraten, bis der Sauerstoffgehalt der Schmelze etwa 250-400 ppm O oder weniger und der Kohlenstoffgehalt etwa 0.04-0.07 % C oder mehr beträgt;
(3) eine auf die Lage der Temperatur des Produktes % C % O und des angestrebten C-Gehaltes ausgerichtete gezielte Aufkohlung der Schmelze, so dass eine möglichst sauerstoffreie und dem anvisierten Kohlenstoffgehalt angenäherte Schmelze für die Fertigbehandlung in der Pfanne anfällt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hochwertigem Stahl, im Rahmen eines Sauerstoff-Aufblasverfahrens.
- Als hochwertig wird in der vorliegenden Optik ein Stahl bezeichnet, der möglichst geringe Gehalte an Phosphor, an Schwefel und an nichtmetallischen Einschlüssen aufweist.
- Eine Methode, um den gewünschten Kohlenstoffgehalt einer Schmelze zu erreichen, besteht darin, dass man die Entkohlung rechtzeitig abbricht. Diese Methode hat den Nachteil, dass sie nicht gestattet, Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt und gleichzeitig niedrigem Phosphorgehalt zu gewinnen.
- Strebt man trotzdem niedrige Phosphorgehalte an, so ist eine Vorbehandlung des Roheisens (Entphosphorung, Entschwefelung, Entsilizierung) unumgänglich. Solche Vorbehandlungen, die vornehmlich von japanischen Stahlherstellern in zahlreichen Druckschriften erläutert werden, spielen sich ausserhalb des Konverters, in stationären oder in fahrbaren Pfannen ab und erfordern einen hohen apparativen Aufwand. Zudem müssen die notgedrungen auftretenden Temperaturverluste hingenommen bzw. durch Heizaggregate kompensiert werden.
- Es ist zu bemerken, dass man allein in Stählen, bei denen der gewünschte Kohlenstoffgehalt durch Abbrechen der Entkohlung erzielt wurde, auch niedrige Gehalte an Einschüssen erhält.
- Eine andere, Methode, die zum Erzielen niedriger Phosphorgehalte im Stahl billiger ist, besteht darin, den Stahl bis auf niedrige Kohlenstoffgehalte z.B. 0.05 % C zu verblasen. Bei dieser Methode enthält der Stahl jedoch nach dem Entkohlen verhältnismässig viel Sauerstoff, je nach den Bedingungen etwa 500 bis über 1000 ppm, dessen Entfernung mit Hilfe der herkömmlichen Mittel nicht nur grosse Mengen an teuren Substanzen erfordert, sondern auch zur Bildung von Einschlüssen führt.
- Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung von hochwertigem Stahl erlaubt, dessen Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen auf ein Mindestmass reduziert ist.
- Diese Aufgabe wird erfüllt durch das Verfahren nach der Erfindung, das durch die Kombination mehrerer Schritte gekennzeichnet ist, die wie folgt beschrieben werden.
- Der erste Schritt ist eine Entkohlung im Konverter, durch Aufblasen von Sauerstoff, unter Zugabe der benötigten Zusätze zum Verschlacken von Silizium und Phosphor. Bei der Entkohlung entsteht Wärme und die Schlacke wird infolge Sauerstoffaufnahme reaktiv, wobei ein gewisser Anteil des Phosphors in die Schlacke aufgenommen wird. Die Entkohlung wird bis zu einem Kohlenstoffgehalt unterhalb 0,10 % C, vorzugsweise unterhalb 0,05 % C geführt, und zwar unabhängig davon, welcher Kohlenstoffgehalt im Fertigstahl anvisiert wird.
- Es folgt, als zweiter Schritt, eine Behandlung des im wesentlichen entkohlten und sauerstoffreichen Bades, im Konverter, mit Kohlenstoff.
- Dieser Schritt wird durchgeführt, indem man zerkleinerte Kohle, vorzugsweise Anthracit, mit möglichst grosser Geschwindigkeit in die Schmelze einführt. Hierbei kommt es zu einer ausserordentlich heftigen Reaktion, bei der das Metallbad gleichzeitig desoxydiert und aufgekohlt wird. Hervorzuheben ist, dass im Gegensatz zu der konventionnellen Desoxydation in der Pfanne mittels einer Kombination von Kohle, Ferromangan, Ferrosilizium, Aluminium, u.dgl. das Desoxydationsprodukt hier ausschliesslich gasförmig ist und somit zu keinen Einschlüssen führen kann. Die hierbei gebildeten grossen Mengen Kohlenmonoxyd bewirken eine kräftige Durchwirbelung der Metallphase mit der Schlackenphase.
- Erfindungsgemäss wird hierbei alles unternommen, um die Reaktivität der Schlacke auszunutzen. Aus diesem Grund wird die Reaktion wie beschrieben so durchgeführt, das die Badbewegung und die Durchmischung von Bad und Schlacke möglichst intensiv sind. Eine vorteilhafte Verfahrensweise sieht ein Aufblasen des Kohlenstoffs durch eine spezielle Lanze vor, wobei die Kohlenstoffpartikel, die in einem inerten Trägergas suspendiert sind, auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, während des Kohlenstoffeinblasens das Bad und die Schlacken durch ein zusätzliches Spülen mit Inertgas durch den Boden noch stärker zu durchmischen.
- Bei einem Sauerstoffgehalt von etwa 250-400 ppm 0 wird der zweite Verfahrensschritt abgebrochen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kohlenstoffgehalt der Schmelze noch sehr niedrig, etwa 0.04-0.07 % C. Der Anmelder hat festgestellt, dass im Verlauf des zweiten Schrittes der hinzugefügte Kohlenstoff die Schmelze zuerst hauptsächlich desoxydiert, ehe es zu einer Aufkohlung kommt. In der Tat wird durch das Kohlenstoffeinblasen einerseits und das Bodenspülen andererseits das Produkt Cx0 auf den thermodynamischen Gleichgewichtswert gesenkt, der den jeweiligen Temperatur- und Gasdruckverhältnissen im Metallbad entspricht. Z.B.: Vor dem Einblasen: %C= 0.032, ppm 0= 900 ; Nach dem Einblasen: ZC=0.057, ppm 0=350.
- Gleichzeitig stellt man fest, dass die Reaktion zu einer überraschend weitgehenden Entphosphorung des Bades geführt hat.
- Falls besonders niedrige Phosphor-Endwerte angestrebt werden, z.B. 0,008 % P oder weniger, wird man erfindungsgemäss einen "Na20-Träger d.h. geeignete Verbindungen die beim thermischen Zersetzen Na20 abgeben zugeben, z.B. indem man ihn zusammen mit dem Kohlenstoff einbläst.
- Der dritte Verfahrensschritt besteht in einer Behandlung des weitgehend desoxydierten und teilweise aufgekohlten Bades, unter Berücksichtigung der nun herrschenden Verhältnisse bezüglich Badtemperatur, Sauerstoffgehalt, Kohlenstoffgehalt, d.h. dass das Produkt C x 0 bei der jeweils herrschenden Temperatur für die nachfolgende Verfahrensweise mitbestimmend ist.
- Im Hinblick auf eines der wesentlichen Ziele der Erfindung, nämlich die Unterdrückung der Tendenz zur Ausbildung von Einschlüssen, wird die Verfahrensweise darauf ausgerichtet, dass man in die Pfanne, die nicht mit Heizaggregaten versehen sein muss, eine möglichst sauerstoffarme Schmelze einträgt, deren Kohlenstoffgehalt möglichst nahe unterhalb der anvisierten Endkonzentration liegen soll. Die Desoxydation soll im Hinblick auf die Vermeidung fester Desoxydationsprodukte, möglichst weitgehend mittels Kohlenstoff durchgeführt werden, wobei lediglich Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd entstehen.
- Dementsprechend kann gemäss einer Ausführungsform die Schmelze im Konverter mit Kohlenstoff weiterbehandelt werden und zwar bis zum Erreichen der angestrebten Endkonzentration. Liegt letztere bspw. bei etwa 0.10 % C, so liegt der entsprechende Sauerstoffgehalt bei etwa 200 ppm 0. Anschliessend erfolgt der Abstich in die Pfanne.
- Es wird aber nicht ausgeschlossen, die Weiterbehandlung des Bades mit Kohlenstoff in der Pfanne durchzuführen, u.a. um die in den Konverter einzublasenden Mengen an Kohlenstoff in Grenzen zu halten. Hierbei wird die gesamte Kohlenstoffmenge in der Form eines handelsüblichen Aufkohlungsmittels während dem Abstechen in die Pfanne und vor der Zufuhr von Legierungselementen hinzugegeben.
- Sei es, dass man den dritten Schritt im Konverter oder in der Pfanne durchführt, so stellt man fest, dass die normalerweise zu erwartende Rückphosphorung überraschenderweise unterbleibt. Dies ist nach der Auffassung des Anmelders darauf zurückzuführen, dass während dem zweiten Schritt nicht bloss eine Umsetzung des Kohlenstoffs mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxyd oder auch Kohlendioxyd sowie eine Aufnahme von Kohlenstoff im Eisen ablaufen, sondern dass die Schlacke mit dem Kohlenstoff in eine Art Wechselwirkung tritt, die zu Beginn der Behandlung die Ausnutzung der starken Reaktivität gegenüber Phosphor und zum Teil auch Schwefel ermöglicht, welche ein Maximum durchläuft und am Ende der Behandlung in eine weitgehende Passivität Ubergeht. Jedenfalls verhält sich die Schlacke nachher passiv und gibt trotz Behandlung des Stahls mit reduzierenden Mitteln keinen Phosphor an das Bad ab.
- Diese Passivität erlaubt es auch, das CxO-Gleichgewicht im Konverter mittels einer Zugabe von z.B. Ferromangan, durch Einblasen in das Stahlbad zu beeinflussen, d.h. bei gleichbleibendem Kohlenstoffgehalt den Sauerstoffgehalt des Bades noch weiter zu senken und dies ohne Rückphosphorung. Zwar entstehen hierbei feste Desoxydationsprodukte, aber bedingt durch die noch hohe Stahltemperatur und das im Vergleich zu einer Pfanne viel grössere Verhältnis Baddurchmesser : Badhöhe, führen diese Desoxydationsprodukte nicht zu Einschlüssen im fertigen Stahl, sondern werden gänzlich aus der Schmelze ausgeschieden und in die Schlacke aufgenommen.
- Die so vorbehandelte Schmelze zeigt ein besonders gutes Verhalten, wenn sie in der Pfanne mit einem desoxydierenden und zugleich entschwefelnden Mittel, vorzugsweise metallischem Calcium sowie synthetischen Schlacken behandelt wird. Hierdurch wird das durch den zwangsläufigen Temperaturabfall erhöhte Sauerstoffangebot der Schmelze wieder abgefangen und es entstehen vorwiegend grosse, globulare Reaktionsprodukte bei der Umsetzung des Sauerstoffs. Grosse globulare Körper zeigen eine stärker ausgeprägte Bereitwilligkeit zum Aufsteigen und zur Abscheidung aus der Metallphase, als dies bei kleinen oder nichtglobularen Gebilden der Fall ist.
- Das Verfahren nach der Erfindung ist auf die Herstellung sowohl von halbberuhigten als auch vollberuhigten Stählen ausgerichtet.
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Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen von hochwertigem Stahl, im Rahmen eines Sauerstoff-Aufblasprozesses, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
(1) eine Entkohlung durch Aufblasen von Sauerstoff bis unterhalb 0,1 % C;
(2) eine Behandlung der Schmelze mit Kohlenstoff, wobei man zerkleinerte Kohle mit möglichst grosser Geschwindigkeit in das Bad einführt, so dass Schmelze und Schlacke in Wallung geraten, bis der Sauerstoffgehalt der Schmelze etwa 250-400 ppm 0 oder weniger und der Kohlenstoffgehalt etwa 0.04-0.07 % C oder mehr beträgt;
(3) eine auf die Lage der Temperatur, des Produktes % C x % 0 und des angestrebten C-Gehaltes ausgerichtete gezielte Aufkohlung der Schmelze, sodass eine möglichst sauerstoffreie und dem anvisierten Kohlenstoffgehalt angenäherte Schmelze für die Fertigbehandlung in der Pfanne anfällt.
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinaufkohlung nach dem Ueberführen der Schmelze in die Pfanne in letzterer vorgenommen wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kohlenstoffzufuhr dadurch bewerkstelligt, dass man zerkleinerte Kohle, vorzugsweise Anthrazit, in einem Trägergas suspendiert, durch eine Lanze auf die Badoberfläche bläst.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Feinaufkohlung unterzogene Schmelze mit einem desoxydierenden und zugleich entschwefelnden Mittel, vorzugsweise mit metallischem Calcium, sowie mit einer synthetischen Schlacke in der Pfanne behandelt wird.
5. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man im Verlauf des zweiten Schrittes die Entphoshorung durch Zugabe eines Na20-Trägers unterstützt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man im Verlauf des dritten Schrittes die Desoxydation durch Zugabe von Ferromangan unterstützt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass man im Verlauf des zweiten und des dritten Schrittes im Konverter einen Inertgasstrom durch den Boden in das Bad leitet.
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