EP0861337B1 - Verfahren zur entkohlung von stahlschmelzen - Google Patents

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EP0861337B1
EP0861337B1 EP96938974A EP96938974A EP0861337B1 EP 0861337 B1 EP0861337 B1 EP 0861337B1 EP 96938974 A EP96938974 A EP 96938974A EP 96938974 A EP96938974 A EP 96938974A EP 0861337 B1 EP0861337 B1 EP 0861337B1
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EP
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oxygen
vessel
decarburisation
fuel
decarburization
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Horst-Dieter Dr. SCHÖLER
Volker Dr.-Ing. Wiegmann
Rainer Dipl.-Ing. Dittrich
Frank Dr.-Ing. Haers
Leo Peeters
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
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    • 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
    • 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
    • C21C7/068—Decarburising
    • 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
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/168—Introducing a fluid jet or current into the charge through a lance
    • F27D2003/169—Construction of the lance, e.g. lances for injecting particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0028—Regulation
    • F27D2019/0075—Regulation of the charge quantity

Definitions

  • the invention relates to a process for the decarburization of molten steel in a closed metallurgical vessel connected to a vacuum system and into the Oxygen can be introduced via a lance and combustible materials via a feed device are.
  • EP 0 110 809 describes a method for Treatment of steel in the pan by means of reactive slags is known in which one metallothermal reaction is provided, with the help of a lance oxygen in a the melt immersed bell is blown in, flammable metallic substances underneath Formation of reactive slags react and below the pipe in which the steel treatment takes place, a neutral or reducing purge gas is injected.
  • EP 0 347 884 B1 discloses a process for degassing and decarburizing molten steel, in which steel has led from a container into a vacuum chamber and an oxygen lance is arranged in the vacuum chamber at a given distance, from which oxygen or oxygen-containing gas is used Combustion of the CO is inflated near the surface of the molten steel in the vacuum chamber. Taking into account a predetermined ratio of (CO + CO 2 ) / exhaust gas amount or CO / (CO + CO 2 ), oxygen or an oxygen-containing gas is supplied through a CO combustion lance near the surface of the molten steel located in the vacuum chamber .
  • This process does not show the melt at certain pressure conditions heat up chemically and inflate with a defined excess amount of oxygen.
  • the aim of the invention is to provide a method for decarburizing a molten steel create the decarburization time while realizing a high degree of oxide purity shortened and / or the final carbon content is reduced.
  • this is carried out in addition to that during the decarburization phase of the supplementary oxygen used in the carbon degradation, further oxygen is blown in and at the same time added metallic fuel.
  • the chemical heating agent for example in the form of aluminum powder, can be used in a special way to accelerate decarburization.
  • the reaction kinetics are influenced by the Al 2 O 3 particles formed during heating. These deoxidation products act as foreign germs and can therefore force the decarburization rate, especially through the formation of CO bubbles.
  • a combination lance is used in which the oxygen and the metallic fuels are promoted.
  • these through a separate tube Feed the vessel.
  • any partial temperature increase during a Decarburization can be realized under vacuum.
  • This has the advantage of being typical Temperature losses such as due to insufficiently preheated treatment vessels or steel pans and due to delays due to transportation or extended To compensate for treatment times.
  • FIG. 1 shows a vacuum vessel 43 provided with a lid 44, which has a Suction line 42 is connected to a vacuum system 41.
  • a vacuum vessel there is a metallurgical vessel 10 which has a jacket 12 which with a refractory lining 13 is provided inside.
  • the vessel is with melt S filled.
  • a measuring lance 28 and a combination lance 31 protrude through the cover 44.
  • the combination lance 31 has a feed line 32 for oxygen and a feed line 33 for metallic fabrics.
  • a barrier 34 and on the Supply line 33 is provided with a shut-off 35.
  • the barriers 34 and 35 have Control units 23, 25 on the control lines 24, 26 with a measuring and Control device 22 are connected.
  • This measuring and control device 22 is a Measuring line 27 with a measuring element 21 provided on the measuring lance 28 for Measurement of the temperature T and a measuring element 29 for measuring the in the vessel space prevailing pressure P.
  • FIG Melt An open metallurgical vessel 10 is used in FIG Melt is filled, with a tube feed 46 and a in the melt Immerse the pipe outlet 47 of an RH vessel 45.
  • the RH vessel is over one Suction line 42 connected to a vacuum system 41.
  • Combination lance 31 protrudes into the RH vessel for the supply of particularly coarse Solids into a pipe 38 which is closed by a shut-off 37 with a container 36 in Connection is established.
  • the measuring and regulating and the control device is as in the Figure 1 trained.
  • FIG. 3 shows a vessel 10 which is closed by a lid 15, the one Bell 14 has the mouth side into the melt S located in the vessel 10 immersed.
  • the Sautechnisch 42 connected to the vacuum 41 is designed so that a lockable branch is provided, once to the bell 14 with the Barrier 48 and to cover 15 with barrier 49.
  • the measuring and regulating device as well as the control device are as in the Figures 1 or 2 designed.
  • the temperature measuring element 21 is through the metallic jacket 12 of the vessel 10 led deep into the refractory lining 13.

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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen in einem geschlossenen metallurgischen Gefäß, das an eine Vakuumanlage angeschlossen ist und in das über eine Lanze Sauerstoff sowie über eine Zufuhreinrichtung brennbare Stoffe einführbar sind.
Ein derartiges Verfahren ist aus dem "Patent Abstract of Japan, vol 002, no117 (C-023),29.09.78, & Derwent Abstract 78-61015A & JP-A-53081418" und aus der FR-A-2130350 bekannt.
Bei der sogenannten Forced Decarburizadion ist es bekannt, Sauerstoff während der Entkohlungsphase zuzusetzen. Dieser Sauerstoffzusatz ist immer dann erforderlich, wenn der im Stahl vorhandene Sauerstoff zur Entkohlung nicht ausreicht, bzw. so niedrig ist, daß der erforderliche C-Abbau nicht in der zur Verfügung stehenden Zeit abgeschlossen ist. Bei einem solchen Verfahren werden beispielsweise Tauchrohre eines RH-Gefäßes in die Schmelze eingetaucht. Mit Start des Druckabbaus im RH-Gefäß startet der Entkohlungsprozeß gleichzeitig in Abhängigkeit mit der Druckabsenkung. Bei einem erreichten Unterdruck von p < 100 mbar wird die Sauerstofflanze gestartet und O2 etwa 1 bis 3 min. geblasen. Während der Tiefvakuumphase findet die Selbstentkohlung statt, die Entkohlung wird beendet. nach der Desoxidation.
Während der Entkohlung werden bis zu 70 % CO gebildet. Ein Teil dieses Gases reagiert automatisch mit Teilen des zugesetzten Sauerstoffs zu CO2. Der Nachverbrennungsgrad ist bei dieser Fahrweise kleiner 30 %.
Weiterhin ist es hüttenmännische Praxis, zum chemischen Aufheizen von Stahlschmelzen in atmosphärischen Anlagen Aluminium einzusetzen. Bei diesem chemischen Heizen wird der Energiegewinn, der aus der Verbrennung des Aluminiums mit dem zugesetzten Sauerstoff resultiert, zum Aufheizen der Schmelze ausgenutzt.
Neben dem reinen thermischen Heizen mit Aluminium kann dieses mit anderen Stoffen zur Behandlung der Schmelze eingesetzt werden. So ist aus EP 0 110 809 ein Verfahren zur Behandlung von Stahl in der Pfanne mittels reaktiven Schlacken bekannt, bei der eine metallothermische Reaktion vorgesehen ist, wobei mit Hilfe einer Lanze Sauerstoff in ein in die Schmelze eingetauchte Glocke eingeblasen wird, brennbare metallische Stoffe unter Bildung reaktiver Schlacken reagieren und unterhalb des Rohres, in welchem die Stahlbehandlung stattfindet, ein neutrales oder reduzierendes Spülgas eingeblasen wird.
Nachteil dieses Verfahrens zur Entschweflung-, Desoxidation- und Reinigungsreaktion von Stahlschmelzen ist die Bildung der reaktiven Schlacken, die in der in das flüssige Metall eingetauchte Glocke stattfinden sollen.
Weiterhin ist aus der EP 0 347 884 B1 ein Verfahren zum Entgasen und Entkohlen von erschmolzenem Stahl bekannt, bei dem Stahl aus einem Behälter in eine Vakuumkammer geführt hat und in der Vakuumkammer im gegebenen Abstand eine Sauerstofflanze angeordnet ist, aus der Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gas zur Verbrennung des CO in der Nähe der Oberfläche des in der Vakuumkammer befindlichen erschmolzenen Stahls aufgeblasen wird. Unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Verhältnisses von (CO + CO2)/Abgasmenge bzw. CO/(CO + CO2) wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas durch eine Lanze zur Verbrennung von CO in der Nähe der Oberfläche des in der Vakuumkammer befindlichen erschmolzenen Stahls zugeführt.
Diesem Verfahren ist nicht zu entnehmen, die Schmelze bei bestimmten Druckverhältnissen chemisch aufzuheizen und mit einer definierten Überschußmenge an Sauerstoff aufzublasen.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Entkohlung einer Stahlschmelze zu schaffen, bei dem unter Realisierung eines hohen oxidischen Reinheitsgrades die Entkohlungszeit verkürzt und/oder der Endkohlenstoffgehalt vermindert wird.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu dem während der Entkohlungsphase zur Durchführung des Kohlenstoffabbaus eingesetzten Ergänzungssauerstoffs weiterer Sauerstoff eingeblasen und gleichzeitig metallischer Brennstoff verteilt zugegeben.
In bekannten Vakuumanlagen wurden bisher ausschließlich beruhigt vergossene (Al, Si oder Al-Si-Desoxidation) Schmelzen bzw. unberuhigt vergossene Schmelzen (Entkohlungsschmelzen) nach erfolgter Entkohlung und anschließender Desoxidation chemisch aufgeheizt. Die Begründung war die Erniedrigung des zur Entkohlung erforderlichen Sauerstoffs beim Zusatz des Heiz-Aluminiums. Ausgenutzt wird der Energiegewinn, der bei der Reaktion aus der Verbrennung des Aluminiums mit dem zugesetzten Sauerstoff resultiert. Bei diesem Verfahren wurde aber die Entkohlungsreaktion stark gebremst und der zu erwartende Entkohlungssauerstoff wurde nicht erreicht.
Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil umgangen und der während der Entkohlung eintretende Temperaturverlust durch den Heizvorgang mit Aluminium oder ähnlichen Produkten wird kompensiert. Bei dem vorgeschlagenen Sauerstoffzusatz kommt es zu einem zeitlich begrenzten partiellen Sauerstoffüberschuß in der Schmelze. Partieller Sauerstoffüberschuß ist der zusätzliche Sauerstoff, der während der Entkohlung unberuhigt vergossenen Schmelzen in Vakuumanlagen zum Verbrennen metallischer Brennstoffe bzw. Brennstoffgemische zusätzlich benötigt, ohne den Entkohlungsprozeß nachteilig zu beeinflußen. Dieser Überschuß zeigt positive thermodynamische und kinetische Effekte und fördert in überraschender Weise den Entkohlungsprozeß. Bei der Entkohlungsreaktion [C] + [O] = (CO), die nicht nur stark druckabhängig sondern auch im besonderen Maße temperaturabhängig ist, wird dadurch beschleunigt, daß die beim chemischen Heizen kurzzeitig anstehende starke Überhitzung einer Teilschmelze insbesondere im RH-Gefäß sich katalytisch auf die Entkohlungsreaktion auswirkt.
Weiterhin kann in besonderer Weise das chemische Aufheizmittel, beispielsweise in Form von Aluminiumgrieß für die Beschleunigung der Entkohlung benutzt werden. Neben dem thermodynamischen Effekt wird nämlich die Reaktionskinetik durch die beim Heizen gebildeten Al2O3-Partikel beeinflußt. Diese Desoxidationsprodukte wirken als Fremdkeime und können somit forcierend auf die Entkohlungsgeschwindigkeit, insbesondere durch die Bildung von CO-Blasen, wirken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Kombinationslanze eingesetzt, bei der der Sauerstoff und die metallischen Brennstoffe gefördert werden. Bei besonders grobkörnigen Stoffen wird vorgeschlagen, diese durch ein gesondertes Rohr dem Gefäß zuzuführen.
Mit diesem Verfahren kann jede partielle Temperatur-Zunahme während einer Entkohlung unter Vakuum realisiert werden. Dies hat den Vorteil, typische Temperaturverluste wie z.B. durch ungenügend vorgewärmte Behandlungsgefäße bzw. Stahlpfannen und durch Verzögerungen infolge Transport- oder verlängerte Behandlungszeiten zu kompensieren.
Mit gezieltem chemischen Aufheizen der Entkohlungsschmelzen während der Entkohlungsphase können die Konverter- oder UHP-Abstichtemperaturen gesenkt werden. Dies führt:
  • bei Konvertern zu
    • höheren Konverterhaltbarkeiten
    • hohe Variabilität im festen Schrotteinsatz
    • kürzeren Tap to tap-Zeiten
  • bei Elektro-Lichtbogenöfen zu
    • kürzeren Tap to tap-Zeiten
    • geringerer spezifischer Elektroden-Verbrauch
    • geringerem spezifischen Energieverbrauch
Das vorgeschlagene Verfahren läßt sich bei verschiedensten Gefäßformen anwenden, wie im folgenden Beispiel der beiliegenden Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen:
Figur 1
Die Behandlung in einem Vakuumgefäß.
Figur 2
Die Behandlung in einem RH-Gefäß.
Figur 3
Die Behandlung in einer geschlossenen Pfanne.
Die Figur 1 zeigt ein mit einem Deckel 44 versehenes Vakuumgefäß 43, das über eine Saugleitung 42 an eine Vakuumanlage 41 angeschossen ist. Im Vakuumgefäß befindet sich ein metallurgisches Gefäß 10, das einen Mantel 12 aufweist, der mit einer Feuerfestauskleidung 13 innen versehen ist. Das Gefäß ist mit Schmelze S gefüllt.
Durch den Deckel 44 ragen eine Meßlanze 28 und eine Kombinationslanze 31.
Die Kombinationslanze 31 weist eine Zuleitung 32 für Sauerstoff und eine Zuleitung 33 für metallische Stoffe auf. An der Zuleitung 32 ist eine Absperrung 34 und an der Zuleitung 33 eine Absperrung 35 vorgesehen. Die Absperrungen 34 und 35 weisen Steuerorgane 23, 25 auf, die über Steuerleitungen 24, 26 mit einem Meß- und Regelgerät 22 verbunden sind. Dieses Meß- und Regelgerät 22 ist über eine Meßleitung 27 mit einem an der Meßlanze 28 vorgesehenen Meßelement 21 zur Messung der Temperatur T und ein Meßelement 29 zur Messung des im Gefäßraum herrschenden Druckes P verbunden.
Bei der Figur 2 wird ein offenes metallurgisches Gefäß 10 eingesetzt, das mit Schmelze gefüllt ist, wobei in die Schmelze eine Rohrzuführung 46 und eine Rohrabführung 47 eines RH-Gefäßes 45 eintauchen. Das RH-Gefäß ist über eine Saugleitung 42 mit einer Vakuumanlage 41 verbunden. Zusätzlich zu einer Kombinationslanze 31 ragt in das RH-Gefäß zur Zuführung von insbesondere groben Feststoffen ein Rohr 38 hinein, das durch eine Absperrung 37 mit einem Behälter 36 in Verbindung steht. Die Meß- und Regel- sowie die Steuereinrichtung ist wie in der Figur 1 ausgebildet.
Die Figur 3 zeigt ein Gefäß 10, das durch einen Deckel 15 verschlossen ist, der eine Glocke 14 aufweist, die mündungsseitig in die im Gefäß 10 befindliche Schmelze S eintaucht.
Die mit der Vakuum 41 verbundene Sauleitung 42 ist so ausgestaltet, daß eine absperrbare Verzweigung vorgesehen ist, und zwar einmal zur Glocke 14 mit der Absperrung 48 und zum Deckel 15 mit der Absperrung 49.
Die Meß- und Regeleinrichtung wie auch die Steuereinrichtung sind wie in den Figuren 1 oder 2 ausgestaltet. Zur Druckmessung sind die Elemente 29 im Innenraum 17 der Glocke 14 sowie im Innenraum 11 des Gefäßes, hier der Pfanne 10, vorgesehen.
Das Temperatur-Meßelement 21 ist durch den metallischen Mantel 12 des Gefäßes 10 bis tief in die Feuerfestauskleidung 13 geführt.
Positionsliste
10
Metallurgisches Gefäß
11
Innenraum Gefäß
12
Mantel
13
Feuerfestauskleidung
14
Glocke
15
Deckel
17
Glockeninnenraum
Meß- und Regeleinrichtung
21
Meßelement
22
Meß- und Regelgerät
23
Steuerorgan O2
24
Steuerleitung O2
25
Steuerorgan Brennstoff
26
Steuerleitung Brennstoff
27
Meßleitung
28
Meßlanze Temperatur
29
Meßelement Druck
Medien
31
Kombinationslanze
32
Zuleitung Sauerstoff
33
Zuleitung metallische Brennstoffe
34
Absperrung O2
35
1. Absperrung Brennstoff
36
Brennstoffbehälter
37
2. Absperrung Feststoff
38
Rohr Feststoff
Vakuumeinrichtung
41
Vakuumanlage
42
Saugleitung
43
Vakuumgefäß
44
Deckel
45
RH-Gefäß
46
Rohr Zuführung
47
Rohr Abführung
48
Absperrung Glocke
49
Absperrung Pfanne
A
Brennstoff
O2
Sauerstoff
T
Temperatur
P
Druck

Claims (3)

  1. Verfahren zur Entkohlung von Stahlschmelzen in einem geschlossenen metallurgischen Gefäß, das an eine Vakuumanlage angeschlossen ist und in das über eine Lanze Sauerstoff sowie über eine Zuführeinrichtung brennbare Stoffe einführbar sind, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
    a) nach Einfüllen der Schmelze und kontinuierlichem Absenken des Druckes unter 100 mbar wird zusätzlich zu dem während der Entkohlungsphase zur Durchführung des C-Abbrandes eingesetzten Ergänzungs-Sauerstoffs eine vorgebbare Menge an Überschuß-Sauerstoff einblasen, die dem Sauerstoff entspricht, der während der Entkohlung zum Verbrennen metallischer Brennstoffe bzw.
    Brennstoffgemische benötigt wird, ohne den Entkohlungsprozeß nachteilig zu beeinflussen,
    b) der Überschuß-Sauerstoff wird nach Unterschreiten von p=100mbar während der ersten 10 min. Blasezeit eingeblasen,
    c) zum Zeitpunkt des partiellen Sauerstoffüberschußes wird metallischer Brennstoff über eine Kombinationslanze gleichmäßig verteilt zugegeben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der metallische Brennstoff Aluminium-Pulver bzw. Aluminium-Grieß oder ein Brennstoffgemisch ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der metallische Brennstoff in Portionen diskontinuierlich zugegeben wird.
EP96938974A 1995-11-17 1996-11-06 Verfahren zur entkohlung von stahlschmelzen Expired - Lifetime EP0861337B1 (de)

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