EP0861337B1 - Verfahren zur entkohlung von stahlschmelzen - Google Patents
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- 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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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.
- 10
- Metallurgisches Gefäß
- 11
- Innenraum Gefäß
- 12
- Mantel
- 13
- Feuerfestauskleidung
- 14
- Glocke
- 15
- Deckel
- 17
- Glockeninnenraum
- 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
- 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
- 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)
- 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. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der metallische Brennstoff Aluminium-Pulver bzw. Aluminium-Grieß oder ein Brennstoffgemisch ist. - Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der metallische Brennstoff in Portionen diskontinuierlich zugegeben wird.
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