FI101160B - Menetelmä kaasun ja hiilen poistamiseksi sulasta ruostumattomasta terä ksestä - Google Patents

Description

101160

Menetelmä kaasun ja hiilen poistamiseksi sulasta ruostumattomasta teräksestä. - Förfarande för avgasning och avkolning av smält rostfritt stal.

Esillä olevan keksinnön kohteena on hiilen ja kaasun tyhjö-poisto sulasta ruostumattomasta teräksestä. Tarkemmin sanoen keksinnön kohteena on menetelmä kaasun ja hiilen poistamiseksi ruostumattomasta teräksestä puhaltamalla happea teräskylvyn pintaan tyhjössä. Hiilenpoisto suoritetaan tehokkaasti samalla minimoiden Cr:n hapettuminen teräskylvyssä ja aikaansaamalla samanaikaisesti sulan teräksen lämpötilan aleneminen alhaisen happipitoisuuden aikaansaamiseksi.

On tunnettua suorittaa hiilenpoisto tyhjössä sulassa kylvyssä valmistettaessa runsaasti Cr sisältävää terästä tai vastaavaa, jolloin happikaasua puhalletaan säiliön sivuseinästä suhteellisen matalaan kohtaan teräskylvyssä sulan kylvyn pinnan alapuolelle. Tämä on esitetty japanilaisessa tutkimattomassa patenttijulkaisussa n:o 51-140815. Myös tutkimattomassa japanilaisessa patenttijulkaisussa n:o 55-2759 on esitetty menetelmä erittäin vähähiilisen ruostumattoman teräksen valmistamiseksi, jossa syötetään inerttiä kaasua kuonan läsnäollessa.

Vaikka näillä menetelmillä on mahdollista edistää hiilen poistumista, tähän mennessä ei ole kyetty ratkaisemaan ongelmaa, joka liittyy sulan teräksen lämpötilan alenemisen estämiseen ja joka ongelma esiintyy hiilenpoiston aikana.

Jalostettaessa ruostumatonta terästä on käsitteenä tunnettua alentaa Cr säätämällä teräksen hiilipitoisuus 0,15 paino-%:iin, ennen kuin sille suoritetaan tyhjöhiilenpoisto. Kuitenkin myös tämän menetelmän päätarkoituksena on hiilenpoisto. Minkäänlaista mainintaa ei ole esitetty ajatuksesta ehkäistä sulan teräksen lämpötilan alenemista eikä siinä myöskään ole kuvattu Cr:n hapettumisen estämisongelmaa tyhjöhiilenpoiston aikana.

101160 2

Tutkimattomassa japanilaisessa patenttijulkaisussa n:o 2-77518 on esitetty menetelmä sulan teräksen lämpötilan alenemisen estämiseksi puhaltamalla happea yläpuhallusputkesta sekundäärisen palamisen aiheuttamiseksi tyhjöhiilenpoiston aikana. Tämä menetelmä liittyy kuitenkin pääasiallisesti tekniikkaan Cr sisältämättömän tavallisen teräksen valmistamiseksi. Julkiseksi tulleen japanilaisen patenttijulkaisun n:o 2-77518 mukainen menetelmä ei sovellu ruostumattoman teräksen jalostamiseen seuraavista syistä johtuen.

Koska sulassa teräksessä oleva Cr hapettuu hyvin helposti hapen vaikutuksesta, on hyvin haitallista käyttää suoraan tavallisen teräksen jalostamiseksi yleisesti käytettyä hapen yläpuhallus-menetelmää ruostumattoman teräksen jalostamiseksi. Mikäli tavallisen teräksen jalostamiseksi yleisesti käytettyä hapen yläpuhallusmenetelmää käytetään suoraan ruostumattoman teräksen jalostamiseksi, Cr:n hapettuminen voimistuu ja kustannukset lisääntyvät Cr:n häviöstä johtuen ja lisäksi hapettuneen Cr:n muodostuminen saastuttaa sulan teräksen.

Tästä syystä esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä kaasun ja hiilen poistamiseksi sulasta ruostumattomasta teräksestä, jolla menetelmällä voidaan edistää hiilen poistumisreaktiota tyhjössä tapahtuvan kaasun ja hiilen poiston aikana samalla, kun se edullisesti estää Cr hapettumasta ja lisäksi estää sulan teräksen lämpötilaa alenemasta.

Keksinnön yllä kuvattu ja muut tarkoitukset sekä uudet tunnusmerkit selviävät tarkemmin seuraavasta yksityiskohtaisesta keksinnön selityksestä tarkasteltaessa sitä oheisten piirustusten yhteydessä. On kuitenkin ehdottomasti ymmärrettävä, että piirustusten tarkoituksena on ainoastaan valaista keksintöä eikä suinkaan määrätä sille mitään rajoja.

3 101160

Kuvio 1 on graafinen esitys esittäen [C:n](%) ja [N:n](%) vaikutukset hiilenpoistohapen hyötysuhteeseen ennen toiminnan alkamista.

Kuvio 2 on graafinen esitys esittäen hapettuneen Cr:n määrän ja suhteen [N](%) kautta [C](%) välisen riippuvuuden tai suhteen ennen hiilenpoistotoiminnan alkamista.

Kuvio 3 on graafinen esitys esittäen hiilenpoistokertoimen ja paineen a välisen suhteen, jossa paineessa hapetuskaasu tulee kosketukseen sulan teräksen pinnan kanssa.

Kuvio 4 on graafinen esitys esittäen sulan teräksen lämpötilan alenemismäärän ÖT ja paineen a välisen suhteen, jossa paineessa hapetuskaasu tulee kosketukseen sulan teräksen pinnan kanssa.

Kuvio 5 on graafinen esitys esittäen hiilenpoistokertoimen K ja puhalletun N2:n määrän välisen suhteen.

Kuvio 6 on graafinen esitys esittäen ennen toiminnan alkua olevan [C](%) + [N](%) ja hapettuneen Cr:n määrän välisen suhteen.

Kuvio 7 on graafinen esitys esittäen hiilenpoistokertoimen K ja paineen a välisen suhteen, jossa paineessa hapetuskaasu tulee kosketukseen sulan teräksen pinnan kanssa.

Kuvio 8 on graafinen esitys esittäen lämpötilan alenemisen ja paineen a välisen suhteen, jossa paineessa hapetuskaasu tulee kosketukseen sulan teräksen pinnan kanssa.

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä kaasun ja hiilen poistamiseksi sulasta ruostumattomastsa teräksestä tyhjössä.

[N:n] prosenttimäärä sulassa teräksessä säädetään etukäteen 101160 4 erityisen korkeaan arvoon, edullisesti noin 0,20 - 0,30 %, minkä jälkeen sulalle teräkselle suoritetaan vaahdotus tyhjössä. Denitrifikaatioreaktio käynnistetään ja sulalle teräkselle suoritetaan k-aasunpoisto. Hapetuskaasua puhalletaan teräskylvyn pintaan tyhjösäiliössä, joka aiheuttaa hiilenpoistoreaktion

C + £02 -» CO

tapahtumisen hiilenpoiston aikaansaamiseksi. Tällä keksinnöllä saadaan poistetuksi sulan teräksen lämpötilan alenemisongelma hiilenpoistoreaktion tapahtumisen aikana.

Tämän keksinnön selityksessä kaikki prosenttiluvut ovat painoprosentteja ellei toisin ole esitetty.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti sulan ruostumattoman teräksen kaasunpoisto ja hiilenpoisto suoritetaan tyhjöuunissa säätämällä [CR(%):n] alkupitoisuudella jaettu [N(%):n] alkupitoisuus sulassa teräksessä arvoon noin 3,0 x 10“3 ja puhaltamalla hapetuskaasua ohjatulla nopeudella sulan teräksen pintaan suuttimella ja kuristimella varustetusta yläpuhallusputkesta tyhjökaasunpoistosäiliössä. Useita tärkeitä parametrejä ohjataan tarkasti tärkeän a:n arvon aikaansaamiseksi, joka on yleinen logaritmi paineelle, joka esiintyy puhalletun hapetuskaasun keskustassa sulan teräksen pinnassa. On tär-. keätä ohjata prosessia siten, että a on alueella noin -1 - 4, jolloin a määritellään seuraavalla yhtälöllä (1): a = -0,808(LH)0'7 + 0,00191(PV) + 0,00388(S0/Ss)Q + 2,97 (1), jossa LH on korkeus metreinä sulan teräksen paikoillaan olevasta kylvyn pinnasta tyhjökaasunpoistosäiliössä olevan yläpuhal-lusputken kärkeen, PV on tyhjöaste (Torr) tyhjökaasunpoistosäiliössä hapetuskaasun lisäyksen jälkeen, SQ on yläpuhallusputken poistosuuttimen pinta-ala neliömillimetreinä, Ss on yläpuhallusputken suutinkurkun pinta-ala neliömillimetreinä ja Q on hapen tai hapetuskaasun virtausnopeus (Nm^/min.).

5 101160

Keksinnön toisen tärkeän suoritusmuodon mukaisesti teräksensu-latusuunissa tuotetun sulan ruostumattoman teräksen kaasunpois-to ja hiilenpoisto suoritetaan säätämällä [C]%:n ja [N]%:n summa sulassa teräksessä arvoon noin 0,14 paino-% ennen toiminnan aloittamista ja puhaltamalla hapettavaa kaasua sulan teräksen pintaan tyhjökaasunpoistosäiliössä edullisesti suuttimella ja kurkulla varustetun yläpuhallusputken kautta ja ohjaamalla puhallusnopeutta tai -määrää siten, että a:n arvo on alueella noin -1 - 4, jolloin a määritellään samalla yhtälöllä (1).

Käytetty hapettava kaasu voi olla happikaasu tai happipitoinen kaasu. Yllä mainitussa yhtälössä (1) happikaasun virtausnopeus Q happipitoista kaasua käytettäessä lasketaan sen sisältämän happimäärän perusteella. Yläpuhallusputkena voidaan edullisesti käyttää Laval-tyyppistä putkea. Kun putken suutin on suora, Ss=So.

Esillä olevan keksinnön eräs tärkeä tunnusmerkki on se, että kaasunpoisto ja hiilenpoisto suoritetaan tyhjössä, jolloin sulan teräksen vaahdotus tapahtuu tyhjösäiliössä samalla, kun paino-% [N](%) sulassa teräksessä säädetään etukäteen korkeaan arvoon, kuten noin 0,20 - 0,30 % ja tällä tavoin käynnistetään denitrifikaatio tyhjössä tapahtuvan kaasunpoistovaiheen aikana. Samassa yhteydessä puhalletaan hapettavaa kaasua yläpuhallusputken kautta vaahdotetun teräskylvyn pintaan tyhjösäiliössä, josta aiheutuu reaktio C + ^C>2 -» CO hiilenpoiston aikaansaamiseksi ja tällä tavoin sulan teräksen lämpötilan aleneminen estetään tai minimoidaan polttamalla samanaikaisesti hiilenpoiston kanssa muodostunut CO-kaasu.

Esillä olevaa keksintöä toteutettaessa on tärkeätä, että jonkin verran yläpuhallusputkesta syötettävää hapettavaa kaasua lisätään samalla, kun estetään Cr:n hapettumista. Tarkemmin sanoen voidaa todeta, että mikäli kaikki käytettävissä oleva happi käytetään hiilenpoistoon, käy vaikeaksi kohdistaa lämpöä 6 101160 sulaan teräkseen. Sulaan teräkseen kohdistuvan lämmönkäytön edistämiseksi on havaittu välttämättömäksi ohjata sitä painetta, jolla hapettava kaasu saavuttaa sulan teräksen pinnan. Tämä voidaan tehdä ohjaamalla tyhjökaasunpoistovaiheen olosuhteita. Putken kärjen etäisyys korkeussuunnassa kiinteästä kylvyn pinnasta on tärkeä. Samoin tärkeitä tekijöitä ovat tyhjöaste tyh-jösäiliössä, hapettavan kaasun virtausnopeus ja putken muoto. Hapettavan kaasun oikean paineen säilyttäminen mahdollistaa hiiltä poistavan CO-kaasun polttamisen sulan teräksen pinnan läheisyydessä. Tällä tavoin aikaansaadaan yllättäen Cr-hapettu-misen tukahtuminen ja edistetään hiilenpoistoa, jolloin lämpöä saadaan tehokkaasti kohdistetuksi sulan teräksen pintaan.

Hakijan tutkimattomassa japanilaisessa patenttijulkaisussa n:o 2-77518 on kuvattu paine, jolla yllä mainitut hapettavat kaasu-suihkut kohtaavat sulan teräksen pinnan. Koska mainitussa julkaisussa määritellyllä tavalla saavutettua painetta käytetään myös esillä olevassa keksinnössä, tämä saavutettu paine selvitetään yksityiskohtaisemmin jäljempänä.

Kun hapettavaa kaasua puhalletaan tyhjösäiliöön tyhjössä tapahtuvan kaasunpoisto- ja hiilenpoistovaiheen aikana, on yleensä välttämätöntä ohjata tai säätää erilaisia monimutkaisia olosuhteita, joita ovat korkeus, jolta hapettavaa kaasua syötetään, tyhjöaste, käytetyn putken muoto sekä hapettavan kaasun virtausnopeus. Mikäli joku näistä olosuhteista muuttuu, nettovaikutus muuttuu suuresti. Keksinnön mukaisesti vaikutusten on määritelty johtuvan näiden olosuhteiden muutoksista sen paineen P (Torr) perusteella, jolla puhalletun hapettavan kaasun keski-akseli (putken keskiakseli) saavuttaa sulan teräksen pinnan. Mikäli tätä painetta edustaa logiop ja mikäli tämä lyhennetään merkillä a, a on määritelty muodostettavaksi likimääräisesti seuraavalla yhtälöllä: a = -0,808(LH)0'7 + 0,00191(PV) + 0,00388(Sc/Ss)Q + 2,97 (1), 101160 7 jossa LH on putken korkeus (m), PV on tyhjöaste (Torr) tyhjö-kaasunpoistosäiliössä sen jälkeen, kun hapettavaa kaasua on lisätty, S0 on yläpuhallusputken poistosuutinosan pinta-ala gs on yläpuhallusputken suutinkurkun pinta-ala (mm^) ja Q on happikaasun virtausnopeus (Nm^/min.).

Käyttämällä yhtälöä (1) voidaan määritellä käyttökelpoinen paine eri suuttimia varten, jolloin mukaan kuuluvat Laval-suuttimet ja suorat suuttimet, joilla on erilaiset poistohal-kaisijat ja kurkkuhalkaisijät.

Koska hapen tai hapettavan kaasun puhallus sulaan teräkseen aiheuttaa Cr-hapettumisen samanaikaisesti kuin hiilenpoiston, on välttämätöntä aikaansaada sekundäärinen palaminen samalla minimoiden Cr-hapettuminen. Tämän takia on tärkeätä puhaltaa happi suoraan sulan teräksen pintaan alhaisella CO-paineella tyhjössä. Happea ei kuitenkaan tulisi saattaa tunkeutumaan syvälle sulaan teräkseen. Tästä syystä on erittäin edullista vaahdottaa sulan teräksen pinta tyhjösäiliössä. Tämä voidaan toteuttaa lisäämällä [N] sulaan teräkseen vaahtoamiseen johtavan denitrifikaation aiheuttamiseksi. Lisäksi, koska sekundäärisestä palamisesta johtuva sulan teräksen lämpötilan aleneminen saadaan estetyksi, hiilenpoisto tehostuu.

Seuraavaksi selvitetään yllä mainitun julkiseksi tulleen japanilaisen patenttijulkaisun n:o 2-77518 ja esillä olevan keksinnön väliset erot.

Kuten yllä kuvattiin, julkiseksi tulleen japanilaisen patenttijulkaisun n:o 2-77518 mukaisen keksinnön kohteena on tavanomaisen teräksen jalostus, kun taas esillä olevan keksinnön kohteena on ruostumattoman teräksen jalostus. Suuren Cr-pitoisuuden omaavalla sulalla ruostumattomalla teräksellä on suuri N-liukenevuus. Tämä kohonneen liukenevuuden omaava sula teräs aiheuttaa vaahdotusilmiön tyhjössä johtuen denitrifikaatiosta.

8 101160

Esillä oleva keksintö käyttää tätä vaahdotusilmiötä, kuten yllä on kuvattu. Toisaalta julkiseksi tulleessa japanilaisessa patenttijulkaisussa n:o 2-77518 käytetyllä tavallisella teräksellä on alhaisempi N-liukenevuus kuin sulalla ruostumattomalla teräksellä eikä se aiheuta vaahdotusilmiötä.

Seuraavaksi selvitetään esillä olevan keksinnön eräs tärkeä suoritusmuoto tarkastelemalla keksinnön mukaisesti suoritettua esimerkkiä.

Kuviossa 1 on esitetty hiilenpoistohapen hyötysuhteen ja [C](%):n välinen keskinäinen suhde ennen RH-kaasunpoistovai-hetta puhallettaessa happea yläpuhallusputkesta ja suoritettaessa hiilenpoisto käyttämällä 100 tonnia SUS 304 sulaa terästä, jolle suoritetaan RH-tyhjökaasunpoisto.

Tässä esimerkissä [N](%) oli ennen RH-kaasunpoistovaihetta konvertteri jalostusvaiheessa joko: (1) [N] säädettiin arvoon 0,20 - 0,30 % käyttämällä N2 laimen-nnuskaasuna ja pelkistyskaasuna tai (2) [N] säädettiin arvoon 0,03 - 0,05 % käyttämällä Ar laimen-nuskaasuna ja pelkistyskaasuna.

Tässä vaiheessa olosuhteet RH-tyhjökaasunpoiston suorittamiseksi olivat: lämpötila ennen työvaihetta: 1.630 - 1.640°C, LH: 4,0 m, tyhjöaste PV: 8-12 Torr, putken muoto S0/Ss: 2,5, happikaasun virtausnopeus Q: 10 Nm^/min., kokonaishappilähde-yksikkö: 0,6 - 1,3 Nm^/t ja jolloin ennen työvaihetta ollut [C]-pitoisuus 0,10 - 0,14 % säädettiin arvoon 0,03 - 0,04 %.

Tämän esimerkin tulokset osoittavat, että hiilenpoistohapen hyötysuhdetta voidaan parantaa, kun [N]:n pitoisuus ennen työvaihetta säädetään arvoon noin 0,20 - 0,30 % verrattuna 101160 9 siihen, että [N]:n pitoisuus ennen työvaihetta on 0,03 -0,05 %. Tarkasteltaessa RH-tyhjökaasunpoistosäiliön sisäpuolta havaittiin sulan teräksen vaahtoamista hiilenpoiston aikana [N]%:n ollessa, noin 0,20 - 0,30 %, kun taas vaahtoamista ei havaittu, vaikkakin vähäinen määrä roiskumista todettiin [N]%:n ollessa ennen työvaihetta 0,3 - 0,5 %.

Lisäksi tutkittiin hapettuneen Cr:n määrän ja [N]%/[Cr]% suhteen välistä keskinäistä riippuvuutta ennen tyhjökaasunpoistoa ja ennen RH-tyhjökaasunpoiston aloittamista SUS 304 ja SUS 430 sulilla teräksillä, jolloin kummankin teräksen määrä oli 100 tonnia. Kummankin sulan teräksen Al-pitoisuus oli 0,002 % tai pienempi.

Kuviossa 2 on esitetty tämän esimerkin tulokset. RH-tyhjökaa-sunpoistovaiheen olosuhteet olivat samat kuin yllä on kuvattu. [C]-pitoisuus ennen käsittelyä oli 0,10 - 0,14 %, [C]-pitoisuus käsittelyn jälkeen oli 0,04 - 0,05 %. Tämän esimerkin tulokset osoittavat, että Cr-hapettuminen saadaan estetyksi sillä alueella, jossa suhde [N]%/[Cr]% ennen RH-tyhjökaasunpoistokä-sittelyä on noin 3,0 x 1 0“3 tai enemmän. Samoin ilmeni, että sulan teräksen vaahtoaminen RH-tyhjökaasunpoistosäiliössä tapahtui alueella, jossa suhde [N]%/[Cr]%, sellaisena kuin se esiintyi ennen RH-tyhjökaasunpoistokäsittelyn aloittamista, oli 3,0 x 10“3 tai enemmän. Hapettuneen Cr:n määrä on arvo (kgf/t), jossa hapettavan kaasun puhalluksen päättyessä otettu Cr-tiheys vähennetään ennen tyhjökaasunpoisto- ja hiilenpoistokäsittelyn alkua vallinneesta Cr-tiheydestä. Yllä kuvatun perusteella esillä olevassa keksinnössä optimisuhteeksi [N]%/[Cr]% ennen hiilenpoistokäsittelyn alkua määriteltiin 3,0 x 10-3 tai enemmän.

Sulan teräksen vaahtoaviin tekijöihin voi [N:n] lisäksi kuulua [H]. On kuitenkin vaikeata lisätä [H] teräkseen niin suurella tiheydellä, että vaahtoamista tapahtuu. Vaikka jonkin verran 101160 10 [H] voidaan lisätä, [H:n] kaasunpoistonopeus on huomattavasti suurempi kuin[N:n]; tästä syystä ei voida saavuttaa tarvittavaa vaahtoamisaikaa, joka on välttämätön hapen puhaltamiselle.

Tämän perusteella on [N] edullinen komponentti lisättäväksi sulan teräksen vaahtoamisen aiheuttamiseksi.

Seuraavasti tarkastellaan hapen puhallusta tyhjökaasunpoisto-säiliöön ja tällöin muistetaan, että keksinnön mukaisesti happi pitää puhaltaa vaahtoavaan sulaan teräkseen. Kun puhallus on liian voimakas (kova puhallus), happi tunkeutuu välittömästi liian syvälle sulaan teräkseen ja aiheuttaa ei-toivottua hapettumista. Tällöin on myös vaikeata aikaansaada sekundäärinen palaminen. Lisäksi Cr-häviö lisääntyy. Toisaalta, jos puhallus on liian heikko (pehmeä puhallus), sekundäärinen palaminen tehostuu mutta hiilen poistuminen estyy. Tästä syystä hapen puhallusta pitää ohjata erittäin tarkasti. Tällöin sulan ruostumattoman teräksen hiilenpoistokäyttäytyminen ja sulan ruostumattoman teräksen lämpötilan alenemisen välttäminen määriteltiin käyttämällä aikaisemmin kuvattua yhtälöä (1), joka koskee painetta, jolla happi tai happipitoinen kaasu tulee kosketukseen sulan teräksen pinnan kanssa tyhjössä tapahtuvan hapen puhalluksen aikana. Tämän määrittelyn tulokset on esitetty kuvioissa 3 ja 4.

Käytettiin SUS 304-tyyppistä terästä. Ennen RH-tyhjökaasunpois-tokäsittelyn alkua [C:n] prosenttimäärä säädettiin lukemaan 0,11 - 0,14 %. RH-tyhjökaasunpoistokäsittelyn jälkeen [C:n] prosenttimäärä oli 0,03 - 0,04 %. [N:n] prosenttimäärä ennen RH-tyhjökaasunpoistokäsittelyn alkua oli 0,15 - 0,20 %. Käsittelyolosuhteet olivat LH: 1 - 12 m, PV: 0,3 - 100 Torr, S0/Ss: 1 - 46 ja Q: 5-60 Nm^/min. Lämpötila ennen hiilenpoistokäsit-telyn alkua oli 1630 - 1640°C.

Hiilenpoistokäyttäytymistä ohjattiin tai säädettiin hiilen-poistokertoimen mukaisesti, joka määriteltiin seuraavalla 101160 11 yhtälöllä (2): [C]S/[C] = kQ(02) (2) jossa [C]s on [C]% ennen RH-käsittelyä, [C] on [C]% lopetettaessa hapettayan kaasun puhallus RH-käsittelyssä, k on hiilen-poistokerroin (t/Nm^) ja Q(02) on hapen määrä (Nm^/t). Edelleen lämpötilan aleneminen määritellään seuraavalla yhtälöllä (3): ΔΤ = Ts - T (3) jossa Rs on sulan teräksen lämpötila (°C) RH-käsittelyn alkaessa ja T on sulan teräksen lämpötila (°C) hapen puhalluksen päättyessä.

Kuvioista 3 ja 4 voidaan todeta, että arvon a (paineen logaritmi) edullinen alue, jolla happi saavuttaa sulan teräksen pinnan ja jolla alueella saavutetaan sekä hiilenpoistokerroin että lämpötilan alenemisvastus, on noin -1-4. Tarkemmin sanoen voidaan todeta, että mikäli a on suurempi kuin 4, sekä hiilenpoistokerroin että lämpötilan aleneminen vaihtelevat suuresti aiheuttaen hiilen poistumisasteen alenemisen. Tämä johtuu siitä, että Cr hapettuu hiilen poistuessa ja Cr-hapettuminen ehkäiseen hiilen poistumista. Toisaalta, mikäli a on pienempi kuin -1, lämpötilan aleneminen tulee ainakin osittain torjutuksi johtuen tapahtuvasta sekundäärisestä palamisesta, mutta hiilen poistuminen heikkenee.

Yllä kuvattujen tulosten perusteella paineen a, jolla hapettava kaasu saavuttaa sulan teräksen pinnan, tulisi edullisesti olla noin -1-4 Cr:n estämiseksi hapettumasta ja hiilenpoiston suorittamiseksi tehokkaasti. Dentirifikaatio ja vaahtoaminen etenevät yhdessä hiilenpoistumisreaktion kanssa puhallettaessa hapettavaa kaasua ja hiilen poistumisen aikana. Tämä osoittaa sen, että ruostumattoman teräksen [N] pitoisuus tulee säilyttää korkeana hyvän hiilenpoistumishyötysuhteen säillyttämiseksi. tämä voidaan saada aikaan puhaltamalla edelleen N2 sulaan teräkseen hapettavan kaasun puhalluksen aikana ja/tai hiilen poistumisen aikana.

1 2 101160

Kuviossa 5 on esitetty keskinäinen suhde, jossa mukana ovat hiilenpoistokerroin K puhallettaessa happea yläpuhallusputkesta hiilenpoiston suorittamiseksi sekä puhalletun N2~kaasun määrä Qnz puhallettaessa N2~kaasua hiilenpoiston aikana RH-tyhjökaa-sunpoistokäsittelyssä käytettäessä 100 tonnia SUS 304 sulaa terästä. Käsittelyolosuhteiden suhteen voidaan todeta, että [N]-pitoisuus ennen käsittelyn alkua oli kahdella alueella: 0,10 - 0,15 % ja 0,15 - 0,20 % ja [C]-pitoisuus ennen käsittelyn alkua säädettiin arvoon 0,10 - 0,14 %, lämpötila ennen käsittelyn alkua lukemaan 1.630 - 1.640°C, 1H lukemaan 4,0 m, PV lukemaan 8-12 Torr, SQ/Ss lukemaan 2,5, Q lukemaan 10 Nm^/min. ja [C]-pitoisuus käsittelyn jälkeen lukemaan 0,03 -0,04 %. N2~kaasua puhallettiin käyttämällä RH-kaasunpoistolait-teen kierokaasua, joka kaasu sekoitettiin Ar-kaasuun ja koko-naisvirtausnopeus säilytettiin vakiona.

Kuten kuviossa 5 esitetyistä tuloksista voidaan todeta, kun [N]-pitoisuus ennen käsittelyn alkamista on suhteellisen suuri, eli noin 0,20 - 0,30 %, hiilenpoistokerroin ei muutu suuresti, vaikkapa puhalletun N2~kaasun määrä muuttuu. Kuitenkin, kun [N]-pitoisuus ennen käsittelyn alkua on vähäinen, eli noin 0,10 - 0,15 %, hiilenpoistokerroin suurenee, kun puhalletun N2-kaasun määrä on 0,2 Nm^/min. tai enemmän, jolloin nopeusvakio saavuttaa lähes saman tason kuin [N]-pitoisuus 0,20 - 0,30 %, joka vallitsi ennen käsittelyä. Tämän uskotaan olevan seurausta siitä, että kun [N]% ennen käsittelyä on alhainen, hiilen poistumisen loppuvaiheen denitrifikaation takia ei hiilen poistumisen hidastumista tapahdu.

Mitä tulee RH-tyhjökaasunpoisto-olosuhteisiin tässä esimerkissä, seurauksena on, että Qnz/Qs = 0,2/40 = 5,0 x 10-3 Nm^/t, koska RH-kaasunpoistolaitteessa kierrätetyn sulan teräksen määrä Qg oli 40 tonnia/min. Tästä syystä esillä olevan keksinnön mukaisessa kaasunpoisto- ja hiilenpoistomenetelmässä on edullista, että puhalletun N2:n määrä on noin 5,0 x 10~3 Nm-^/t 101160 13 tai enemmän. Kun SUS 304 sulaa terästä käsiteltiin N2-kaasulla puhalluslukemien ollessa 5,0 x 1O-^ Nm-^/t tai enemmän ja 60 t VOD, saatiin samat tulokset kuin edellä.

N2~kaasun puhaltamistarkoituksessa käytetään RH-tyhjökaasun-poistokäsittelyssä kiertokaasua tai upotusputkea tai puhallusta astian pohjasta tai vastaavaa; puhallusta astian pohjasta käytetään VOD-käsittelyssä. Yllä kuvatusta voidaan todeta, että esillä olevassa keksinnössä on välttämätöntä saada aikaan korkea [N]% ennen hiilenpoistovaiheen alkua. Tämä voidaan aikaansaada raffinoimalla jalostuskaasu teräksenvalmistusuu-nissa käyttämällä happikaasun ja N2~kaasun seosta tai N2 sisältävää inerttiä kaasua. Suoritettaessa pelkistys teräksenvalmis-tusuunissa on edullisempaa käyttää N2 pelkistyskaasuna. Myös silloin, kun pelkistystä ei suoriteta, huuhtelu N2~kaasua käyttämällä mahdollistaa [N]%:n nostamisen teräksessä. Lisäksi, kun hiilenpoisto suoritetaan kaasunpoistolaitteella, hiilen-poisto tapahtuu sekoittamalla N2~kaasua tai N2 sisältävää kaasua happikaasuun ja käyttämällä yläpuhallusputkea. Tämä on eräs edullinen menetelmä.

Tarkasteltaessa hapettavan kaasun puhallukseen käytetyn putken luonnetta tai tyyppiä voidaan todeta, että käytettävissä on useita erilaisia putken tai tangon reikäjärjestelyjä: yksittäistä reikää ja erilaisia määriä reikäryhmiä. Vertailuesi-merkki suoritettiin erilaisilla putkilla tai tangoilla.

Tulokset osoittavat, että edullinen hiilenpoisto voidaan aikaansaada erityisesti käyttämällä useita reikiä.

Kun putken reikien määrä on n, paine a ilmaistaan seuraavasti: a = -0,808(LH)°/7+0,00191 (PV)+0,00388(Σ S0/E Ss) (Q/n)+2,97 (4), jossa LH on putken korkeus (m), PV on tyhjöaste (Torr) tyhjökaasunpoistosäiliössä hapettavan kaasun lisäyksen jälkeen, Σ Ss on yläpuhallusputken suuttimen kurkkuosien pinta-alojen (mm^) summa, Σ SQ on yläpuhallusputken suuttimen poisto-osien 101160 1 4 pinta-alojen (mm^) summa, Q on happikaasun virtausnopeus (Nm^/min.) ja n on putken reikien määrä.

Tarkemmin sanoen, kun käytetään useilla rei'illä varustettua putkea, saavutetaan samalla hapen virtausnopeudella pehmeämpi puhallus ja Cr:n häviö pienenee. Lisäksi, kun hiilenpoistoas-tetta verrataan samalla a:n kylvyn pintapainearvolla, kyseinen aste kasvaa siinä määrin, että voidaan käyttää merkittävästi suurempaa hapen virtausnopeutta.

Ensimmäinen suoritusmuoto

Yläpuhalluskonvertterilla jalostetuille sulille ruostumattomille teräksille (100 t, 60 t) suoritettiin hiilenpoisto ja ne jalostettiin käyttämällä RH-tyyppistä kiertokaasunpoistolai-tetta 100 tonnille ja VOD-laitetta 60 tonnille, jolloin kumpikin laite oli varustettu ylhäältä puhaltavalla vesijäähdytys-putkella .

Taulukoissa 1 ja 2 on esitetty esillä olevalla keksinnöllä suoritetun jalostuksen ja tekniikan tason mukaisen jalostuksen välinen vertailu. Kuten voidaan havaita, taulukoissa 1 ja 2 esitetyistä jalostusolosuhteista ja jalostuskäsittelyjen tuloksista, ainakin joko hapettuneen Cr:n määrä oli liian suuri tai lämpötilan alenemismäärä oli liian suuri vertailuesimer-keissä 8 - 10, kun taas voidaan selvästi todeta, että keksinnön mukaisissa suoritusmuodoissa 1 - 7 nämä molemmat määrät olivat pieniä.

l5 101160 *4 “Λ ^ . O' U ' O' O ^ a? »-> ¥Λθ r* ►- ς> o ·. »· k . ., - - ·. V* ·— -· Π *^ «n «r r» SD m rs r-ι _ M *

X

~ G :<Ö — G 3 P *? *? <7 <D P :m —v ° ° o Φ <U :<U P "* - C W rH g >S. e * o “o K O O O o . fl3 Ai Ή m tö :<TJ « G E ^ “ H k Ä ·· 2 «n o ^ 3 ÖJ 3 (N w ^ ~ V) P faZ_____________ O» rs O» O O f- _ o 0 *° * ^ *L “1 7. 7. 7, % v O*" o" — — O O <N O ** 7 — ,_. i-1 V^rs.^fxfS «i O fS r*“ **

C .03 r- o ** *λ *r r» — eo r%*yiN

(D>-, rv 7 - - - - *- - - -* (V<d x ----<=> - ^ ~ ~ <0 :<Ö — ac e___________ a-HftSrt^S 555ΞΕ Es E Ξ s a<« iiuionc^ _ ^ o-, O-, «, e, 2, Ä, " , ™ .

C3(U3ie4J£(l>C 1 2K83£äl3Tä - i s - : : 2 <0 <t,iS OJf—(ifljr-fcflj »— xus^^td^m-rv___________

G

1 Φ •H ·Η .'(O e · n * « M n 4 — — —1

Ai Ai M P -H :rö 3 Φ :<0 ft P E___________ «n "2 _, a o*oooo o o o o ^ »2*g — — — — — *» tn*P W »n O 04 *λ »n »o *o ®% o --- fö *— — ~ ^ — ·* *· **o "*

Oh O «M — — · — — — rs oj ^ —

to to t-J

£ £ «^322 7 Ξ £ 2

H

_ — 0*0000 o »ην-\° «y »y rs CN tO «* — -r © __ i i

f C O

:0 3 P <1> _ _ o o _ _ o a: S s: •nw m+j 22002 20 2 $ 2 Ä <d Ή -H > > > =» >1 Hl Q «3

Eh ,** Cu r*_______________ tn I Ή 3 rs rs t. U U INI W t- £4 H ^ I V) * * < < < * * <<Ä P i-H W <d CJ CJ >1 <Ö

P W ft 4-» M

4j g-----------

P P

O 10 I

> O W 3 {M INI rs rs |N| fS N N N N k, N k, N H l, IN k, NN £S £2 CH O I tn O X o X ox ox ox< o < o X < o< οχ ox O fö H M n i*£ *ro /0 3 iö

Ti P Ai --, -----------

G Ai O

(O JITj G W\«£ n ^ _ «/*·> H M C-H o o ® £ - o® ®“o 3 Φ GJ (Ö —— — ~ LO P CO (li ' ' o-.

T, 2 OOOOO Ι-ΛΙ-1 o o o U] 1C i-ι rl rt n i—i -r j· i-i«-t«—i QIVO ΙΛ to «/) «Λ en to to 1Λ<Λ*Λ CL.^.rW xoooo =>=5 o=>o l-Mr^ri in to to to to toto totot/)

(Λ M-l P

»H _____________—------ S '2 o «Ο-Ξ -*· fl) ..

M H C

3--n------- O

rH 5 IS

• 3 2-5 -H 4J

ιβ 2 i £ c

P_, 2 m 3 * C

“ Ί IHI OJ ro »H φ £ Ϊ ___ 1 6 101160 C ..

ta I —*·

ι—iifl O

UE

ftCuH

E ω:ιβ ·" :o5 trrd me___________ —c---" I ·· o u

Je:!sS § a s s s a a a 5 a aS-.ίβσ ° o o o o- o o o· - o

id QJiiBV

35 SE- ______________ Ο £ ιλ ι/-> fMOoQOOx-imrJoti.rNrsoogcsrJCjoocoo^ifyi^ooo^cJOvjj '-'Ο. sd rr cn Γ^^το5*ονη^ί,Ό^ηονο·^'ί5οθΓΜ3ίΓ'»— ΌοΟΌ^ΟΟ'Γ'-'Ο'ΟΌ a, ^ ό %,*

~w E S (N V» i9^-.vOOV*>»-<OOOOtNo-iO.'SOO'ONOvriCJr4Or40rNJ'2OO

Z g a 3 § s S S S ^ S h R S S S s !3 “ s ΐ s Ϊ s S S Ϊ S s s S

5 ! 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 % 8 8 8 8 8 8 § 8 8 % 8 8 8 8. | % 8 8 8 o" o o' o' o“ o' o' o' o" o o ö ‘ o o' c$* o' o' o' o" ö 0 o" ö o" o o o o o o . r^i <n oooooO^oeowr-jocTNiocOfnto^'i^SS'Er'SiOSS®^ — ,*; I tt tt_ ch <n »-* t-^ t-η r^_ *-< ·-<_ <n r{ cv <s (n n n S_ ^ ^ ^ r'. γ\ ^ »-*

^ Qj oo* oo** oo" oo oo oo oo" oo oo* oo o& oo 00' 00 cc? ^ o’ 'O t-*" r**" Γ-*" CO* COOOOOOOOOOOOOOO

. r* ri rH ‘ ·—« «—* «—' dfi V-) TT O OOt-WONOOVOfOiNVjOCOOl- MVi^t-.v.Ot-jCOOtONOOOvO'C' i/5i »-* H w vS «-« *o f-n {-* f-t {-* c\ N, H. “T, . H, H. H- « (S, o' o'* O* o cT o o* o* o o cT o o" o o' o' oo'oooooooo (-J | r— o O .—lOOt-'OO·—‘00000»-< <_>_ 0_ ·—^ 0_ 25 o -<_ o o_ ^

Qj o’ o’* ο* ο ο* ο" ο o' o’ o' o' o' o' o' cT o' o' O o’ o 0- o' O Ö o o' o o o o (0 »—4

Tj ,-.. V-, <nj rn oo«^Ovn«-fviooosooof00prsiO*o>oeoooof2j2 0w2p»v^*-o :ou S S S 3283S£5SS3S$8S3SESS3SSSSS2S£ M) ~ E — .-3 I __________________

I I

4J H I —

•Ή fdrH c U

I S < §;m H ~

3 .h ** ~ ac^ SS ssSssSisSsBSssSssBSBäisSäsS

:0 Φ C:r0GO4J<D W W

•ri4J ¢1 >i OWC ΗΛ

£. -P CH Q**(D W »H

>t-H C Θ <C da) :a3 :ro

£-» w ω 4J Sriii ui 'γ~ί _J__I I I__I

i ^oS S 33585355

10 M

CN « o :tö«— · O *“* 0 υ φ ..

M H c _________J_

r1^ i^" O

3 w I in _i :i0 C «

j «Η ΙΟ Ή -«H 4-J

3 rH > ID C

(Τί Ή HI ^ VC

p_i 11} H 111 QJ IB

~ ω o v B v 101160 1 7

Seuraavaksi selvitetään keksinnön eräs toinen näkökohta tarkastelemalla keksinnön mukaisesti suoritettuja tiettyjä esimerkkejä.

Kuvio 6 esittää ennen hiilenpoistokäsittelyn alkua vallinneen [C](%) + [N](%):n ja hapen puhalluksen aikana tapahtuneen Cr:n häviön välisen keskinäisen suhteen, kun hiilenpoistokäsittely suoritettiin puhaltamalla happea yläpuhallusputkesta 100 tonniin sulaa ruostumatonta SUS 304 terästä. Tämän sulan teräksen Al-pitoisuus oli 0,002 % tai vähemmän. Käsittelyolosuhteet tässä vaiheessa olivat: [C] ennen käsittelyn alkua 0,09 -0,14 %, [C] käsittelyn päättymisen jälkeen 0,03 - 0,04 %, lämpötila ennen käsittelyn alkua 1.630 - 1640°, putken kärjen korkeus sulan teräksen pinnasta 3,5 m, S0/Ss 4,0, hapen virtausnopeus putkesta 10 Nm^/min., kokonaishappilähdeyksikkö 0,6 - 1,2 Nm-Vt ja hapen puhalluksen päättymisen jälkeen saavutettu tyhjöaste 8-12 Torr.

Kuviosta 6 voidaan todeta, että hapettuneen Cr:n määrä kasvoi, kun [C] + [N]:n kokonaispituus sulassa teräksessä oli 0,14 % tai vähemmän. Hapettuneen Cr:n määrä oli arvo (kgf/t), jossa Cr-pitoisuus hapen puhalluksen päättymisen jälkeen vähennettiin ennen käsittelyn alkua vallinneesta Cr-pitoisuudesta. Yllä kuvattujen tulosten perusteella tC](%) + [N](%):n kokonaismäärä ennen tyhjökaasunpoistokäsittelyä säädettiin arvoon 0,14 % tai enemmän.

[N:n] lisäksi voidaan [H:ta] pitää sulan teräksen vaahtoamisen aiheuttavana tekijänä. Kuitenkin [N] osoittautui sopivimmaksi vaahdotuskomponentiksi aikaisemmin selvitetyistä syistä.

Koskien hapen puhallusta tyhjökaasunpoistosäiliössä tutkittiin seuraavaksi hiilenpoistumiskäyttäytymistä ja lämpötilan alenemista käyttämällä yhtälöä (1). Tutkimuksen tulokset on esitetty kuvioissa 7 ja 8.

ΙΟΊ 160 18 Käytetty terästyyppi oli SUS 304 ja [C]-pitoisuus ennen RH-tyh-jökaasunpoistokäsittelyn alkua oli 0,11 - 0,14 %, [C]-pitoisuus RH-tyhjökaasunpoistokäsittelyn jälkeen oli 0,03 - 0,04 % ja [N]-pitoisuus ennen RH-tyhjökaasunpoistokäsittelyn alkua oli 0,15 - 0,20 %. Käsittelyolosuhteet olivat LH: 1- 12 m, PV: 0,3 - 100 Torr, S0/Ss: 1 - 46,8 ja Q: 5 - 50 Nm^/min. ja lämpötila ennen hiilenpoistokäsittelyn alkua oli 1.630 - 1.640°C.

Hiilenpoistumiskäyttäytymistä säädeltiin yhtälöllä (2) määritellyn hiilenpoistokertoimen mukaisesti: [C]S/[C] = kQ(02) (2) jossa [C]s on [C]% ennen RH-käsittelyn alkua, [C] on [C]% sen jälkeen, kun hapettavan kaasun puhallus oli lopetettu RH-käsit-telyssä, k on hiilenpoistokerroin (t/Nm^) ja Q(02) on hapen määrä (Nm^/t). Edelleen lämpötilan alenemismäärä määriteltiin seuraavalla yhtälöllä (3): T = Ts - T (3) jossa Ts oli sulan teräksen lämpötila (°C), kun RH-käsittely aloitettiin ja T oli sulan teräksen lämpötila (°C) hapen puhalluksen lopettamisen jälkeen.

Kuvioista 7 ja 8 voidaan havaita, että arvon a edullinen alue, jolla saavutetaan sekä erinomainen hiilenpoistumisaste että erinomainen lämpötilan alenemisen torjunta, on noin -1-4. Tarkemmin sanoen voidaan todeta, että jos a on suurempi kuin 4, sekä hiilenpoistokerroin että lämpötilan aleneminen muuttuu suuresti aiheuttaen hiilenpoistumisasteen alenemisen. Tämä johtuu siitä, että Cr hapettuu hiilen poistuessa ja Cr-hapet-tuminen ehkäisee hiilen poistumista. Mikäli toisaalta a on noin -1 tai pienempi, lämpötilan aleneminen saadaan estetyksi sekundäärisestä palamisesta johtuen, mutta hiilen poistuminen heikkenee.

101160 19

Toinen suoritusmuoto

Happea lisättiin virtausnopeudella 15 Nm^/min. 100 tonniin SUS 304 sulaa ruostumatonta terästä, jota pelkistettiin ja käsiteltiin yläpuhalluskonvertterilla 5 mminuuttia sen jälkeen, kun 4 minuuttia oli kulunut käsittelyn aloittamisesta käyttämällä RH-tyyppistä kiertokaasunpoistolaitetta, joka oli varustettu yläpuhallusputkella ja jolloin olosuhteet olivat seuraavat: putken korkeus LH oli 5,0 m, saavutettu tyhjö PV oli 10 Torr, ja S0/Ss oli 4,0. a oli tässä vaiheessa 0,72. Tällä tavoin saadut sulan teräksen seokset on esitetty taulukossa 3.

20 101160

(O

»H

•H

P

:0 ^ Q* r-. m es CO CO es o

:(¾ o v© vO vO

Hw ^ "

0 KO

pu vT CO U-> cl m o co 55 w esi <f en 3

CL

CL es —t <x O ^ Ό vo en

«H *—I H

O o o 0 o o r—I ^ « »s.

< o o o -H rs —< in in in •tH ·*

Z. CO co CO

rs o —i tn en en

Li CO CO CO

O *~i ·—i ^ en m m

O O O

O o O

' “ N.

CO o o o en en m

O o O

cl o o o o o in •—* O - ·—i C ·» % ·* s — — CO vD in ^ —i m •r4 “ «v ·» CO o o o m <r -t

—* O O

N. H *» O o o o a e CD Q)

Ui Ui

M -H

3 £ f-H (¾

«H -P

en :<x cö -P

1 > I Ä QJ

O ® H 3 ft

^ PS <L ft C O C

M 4J 0) rH <D

2 a j-i e φ <u H <U -H Q) ^ e ^

3 CM fti—I ·. rH

(ö C :u (d :ιβ K :n) EH W A! K -n PS -n 101160 21

Vertailuesimerkkinä suoritettiin myös käsittely, jossa happea lisättiin virtausnopeudella 15 Nm^/min. 3 minuutin ajan sen jälkeen, kun 5 minuuttia oli kulunut käsittelyn aloittamisesta olosuhteiden ollessa seuraavat: putken korkeus LH oli 2,5 m, saavutettu tyhjö PV oli 10 Torr ja putken halkaisija SQ/Ss oli 9,0. a:n arvo tässä vaiheessa oli 1,98. Tällä tavoin saavutetut sulan teräksen seokset on esitetty taulukossa 4.

22 101160 ' — <ΰ :Α° γΗ _ . , CO Ο , , 'Τ —· ο Ο -Ρ „ Ό VO Ο C ^ - Ή ίΧ C0 £ Λ :<ΰ — _ι=3___,__ 6 VO C0 Ό Ζ (X 00 Ό U3

CX CS CS CS

η ο. θ' N es '-J g; sr σ> r- , O O o < o o o

s » V

o o o en es es • r4 io tr> 2 ^

CO CO CO

co r-. vo M ^

υ CO CO CO

*H f—4 es m tn o o o to o o o o o o m en en CL, o o o

H s V

O O O

—* CO to C Ή O Ή x -

» f · 4 > H

es r-> en •ri es —* en co ~ o O o vo en en 0 o O o % V s·

O O O

:tö >1

-H G C

Φ <D Φ

4-> W W

«. +J >i -H

^ -H 3 E

W <—1 (Ö

o :rö iH -t-J

-¾ ^ tö 4J

-¾ I Λ Φ ^ k d a ^ & ac oc 2 (1) H4) C G Φ Φ h φ oj^i

G PrH *·ι—I

e! _ M g-r-il p^-i—) 23 101160

Taulukko 5 esittää hapettuneen Cr:n määrien, lämpötilan alene-mismäärien ja RH-käsittelyn jälkeen jäljellä olevien happimää-rien välisen vertailun esillä olevassa keksinnössä ja tekniikan tasossa. Taulukosta 5 voidaan todeta, että esillä olevassa keksinnössä voidaan aikaansaada vähähappista sulaa ruostumatonta terästä hapettuneen Cr:n määrän ollessa pieni ja lämpötilan alenemisen ollessa pieni.

101160 24 e r~< φ ρ ρ „ • M Q. ^ «Ή :<d & "

Ai “

K

Ph C

Φ •H φ a Ai

Λ i-H

rO :ιϋ il! -n__ :td

P

:(d :td

H

w

H

e Φ φ ~ <-> υ

^ J3 2 S

C

(d

r-H

•H

P

:0 O,

E

:<t P)___ :td

P

:td :<d

E

f: H ^ ra " ° O j? ° e φ φ e 3

P

p φ

Ph (d w o

in M

fd <d

O > P

a; φ

Ai r-H c 3 O :θ fd rH P Ai

3 :<d G -H

Φ i—l -H -H

EH p W G

H Ai Ai UI Q) Φ

W Ai H

101160 25

Kolmas suoritusmuoto

Happea lisättiin virtausnopeudella 10 Nm^/min. 60 tonniin SUS 304 ruostumatonta sulaa terästä, joka pelksitettiin heikosti ja käsiteltiin yläpuhalluskonvertterilla 8 minuutin ajan sen jälkeen, kun 5 minuuttia oli kulunut käsittelyn aloittamisesta käyttämällä VOD-laitetta, joka oli varustettu yläpuhallusput-kella ja jolloin olosuhteet olivat seuraavat: putken korkeus LH oli 3,5 m; tyhjö PV oli 5,0 Torr; ja SD/Ss OLI 1,0. a:n arvo tässä vaiheessa oli 1,08. Tällä tavoin saadut sulan teräksen seokset on esitetty taulukossa 6.

26 101160 fö

cAP I—I

I *H ^ tN r-* O 4J 0 σ> r- m c :0 Ο ^ Ό Ό •h a - ^ (C £ a :m — tj B 00 CO ΓΊ z a cr> vo ia (¾ co to n o E. I ό co ^ £ f" <n

VO

3 . 1 O

o

<T -H O

μ «n in in

f_3 s · N

w Ό Ό Ό »•H »-H «-Η <r <r <r o o o to o o o o o o' mmm p_ ’ o o o o o o m o in

C SO SO SO

x: * o o o <n -rW P i-l —»

CO H H

o '•r vo m o -< o o S ·ν s

O O O

iÖ >1

Ή G

0) C 0)

4-1 Φ W

4J W -H

H >i £ W 3 (fl :(fl rH 4->

,n X H

l rö <D

n q λ a 2 0 3 0 3 > acne •3 α a _3 c c a g a ^ <υ a>.« "Λ3 5 I G ftr- Q r-l

i® C O :<T

H j W

101160 27

Vertailuesimerkkinä happea lisättiin virtausnopeudella

10 Nm^/min. 8 minuutin ajan sen jälkeen, kun 5 minuuttia oli kulunut käsittelyn aloittamisesta olosuhteiden ollessa seu-raavat: putken korkeus LH oli 1,5 m; saavutettu tyhjöaste PV

011 5,0 Torr; ja S0/Ss oli 4,0. a:n arvo tässä vaiheessa oli 2,06. Näin saadut sulan teräksen seokset on esitetty taulukossa 7.

28 101160 (Ö

0>P nH

I H

O i) ra o X *r c. ra vo «o G :0 o vo vo vo -H ft -* —1 (0 £ ft :<Ö — Cl . & tn -h co

Z iX VO CN CN

CX r-4 CsJ Os| Θ CSj O ex i —I ^ ex ^ ° co ^ l I o •k o

esi O -H

μ, <T en m n * fc ^ Ό vO \θ

—H ·—l —H

<n in so o o o to o o o o o o mmm Cu o o o ^ v ^ *

O O O

O' \£> O

e m in ό o o o Ό •r^ P P —.

CO H H

O

Ό -J- «j (J o o o 0 O o

G

G 4) 1 <u w -p ω -h

•h ^ E

w G m

:<c rH JJ

,* rH .p o I <ö 0) y Q Ä ft

3 O G O

H > ft G rH G

rH Φ <U

h G :(0 Cd) G <U

: rt (D >i <U Ai ·· Ai e. G <—I ft '—I Ω t—1

^ G <1> (0 :¾ O :nJ

U -P I'n > -t—ijj 101160 29

Taulukko 8 esittää hapettuneen Cr:n määrien, lämpötilan alene— mismäärien ja RH-käsittelyn jälkeen jäljellä olevien happimää-rien välistä vertailua esillä olevassa keksinnössä ja tekniikan tasossa. Taulukosta 8 voidaan todeta, että esillä olevassa keksinnössä voidaan saada aikaan vähähappista ruostumatonta terästä, jossa hapettuneen Cr:n määrä on pieni ja lämpötilan aleneminen on pieni.

30 101160 β >1

rH

φ

4J

4J

•Ή ^ W θ α> -η :<ϋ g ν νο ι Κ «β (L)

-Η φ ΡΑ ft—I

®·η :π3 Η :(0 :φ ε ιη •Η £ Ο) β „ Φ ο ο ι—I Ε-1 ο ο m νο < -—1 cm β ~ (0

rH

•Η •Ρ :0 Λ £ :φ |β :<0

U

:φ :r0 £ β w

.. —< CM

Η ΜΗ ^ ^ υ J? Ο β "" φ φ β β

V

4J

Φ ft (Ö m o « «ο (fl 00 >4-1 φ O Ή β Α Ο :0 β a: 4J a 3 :cd β *h ι—I ιΗ ·Η ·Η

3 rH (/) C

tö -HA A

Eh W Φ φ Μ Α Η 101160 31

Neljäs suoritusmuoto

Happea lisättiin virtausnopeudella 15 Nm^/min. 100 tonniin erittäin vähähiilistä sulaa ruostumatonta terästä, joka pelkistettiin ja käsiteltiin sen jälkeen yläpuhalluskonvertterilla 30 minuutin ajan sen jälkeen, kun käsittelyn alkamisesta oli kulunut 4 minuuttia käyttämällä RH-tyyppistä kierto-kaasunpoisto-laitetta, joka oli varustettu yläpuhallusputkella ja jolloin olosuhteet olivat seuraavat: putken korkeus LH oli 3,0 m; saavutettu tyhjöaste PV oli 5,0 Torr; ja S0/Ss oli 4,0. Tämän jälkeen suoritettiin ohjattua hiilenpoistoa 15 minuuttia. a:n arvo tässä vaiheessa oli 1,47. Näin saadut sulan teräksen seokset on esitetty taulukossa 9.

32 101160 <#> I Ο Ό Ό O r, « -» O' ££ o'0 ^ •H ' <0

Pi * I § ” ° ° I s n n <vi

O cn es (NJ

^ ^ m H 1 ’ ^ o

CO

, n 3 « » ° os »n w-» m •rl o o o Z · - -v o o o —· CO \o

L, O CO CO

rj S s V

^ oo r- r- m <τ %r

O O O

W O O O

O* O cT

ro m m OU ° ° ° K »* S.

O O O

O co r*~ C ΟΊ —t Σ «*· - ^ o o o CN —· 1--

•r« O O O

CO V. - ·* o o o 2 o o 0^00 ° o' o' β O I β I Φ « Φ

Ch rH Ai -P 0) :<ti UH 4Ji!

O I >i Λ .-(0 Q) rH

M KH 3·π ftad ,iij ρΰ 0) a O -r->

-Μ β r-H

r-i β -μ β Ο β 3 <D -H <D W β 0) (ö β w a Ai ·· w P-g β:Β) li d Κ·γ| w a; 3: r-ι a e

1 1 I I I

101160 33

Vertailuesimerkkinä suoritettiin myös käsittely, jossa lisättiin happea virtausnopeudella 30 Nm^/min. 20 minuutin ajan sen jälkeen, kun käsittelyn alkamisesta oli kulunut 4 minuuttia ja olosuhteet olivat seuraavat: putken korkeus LH oli 1,0 m; saavutettu tyhjöaste PV oli 30 Torr; ja S0/Ss oli 20,3. Tämän jälkeen suoritettiin ohjattua hiilenpoistoa 15 minuuttia samalla tavoin kuin yllä kuvatussa suoritusmuodossa, a:n arvo tässä vaiheessa oli 4,58. Näin saadut sulan teräksen seokset on esitetty taulukossa 10.

« 34 101160 o\® > ' vo ro to » . to <r crs 0 O ^ Ό to β ~ ~

H

to a____ 'w" -1 S s s 9 rsl O CL l I 2

£X

—I O O

O co co co s J- j*· co .. o H ' 1

O

co , ΓΟ

< » · O

o

-3- to CO

•T-i o o o Z ·» v ^ o o o •—I CO —< w <r <x C J ·Κ -m. ^ w eo r- r-.

co ro co o o o OO o o o o o o

ro ro CO

B* ° ° o o o cr* co c — — — Σ ·. ' v.

o o o m c*i — ri o o o oo «.

0 o o ^-2 cj o o ° o o +J β -H 0) I β W Id) (0 (1} :(¾ Η λ; -P d) 0 (¾ h +j λ;

Zj I Λ .-(¾ d) rH

tc β ·<-. ft:t0 π PS 1¾ Ο 'ΓΊ

y β rH

3 β:« β dJ β •5 <υ >i d) w β d) 2 βΗ · (Λ 21 β <u m 3 n: -π

jjj W4J KH DiE

* Β 1L-- . 1 — 101160 35

Taulukko 11 esittää hapettuneen Cr:n määrien, lämpötilan alenemismäärien ja RH-käsittelyn jälkeen säilyneiden happi-määrien välisen vertailun esillä olevassa keksinnössä ja tekniikan tasossa. Taulukosta 11 voidaan todeta, että esillä olevassa keksinnössä voidaan saavuttaa suuri Ti-saanto, koska hapettuneen Cr:n määrä oli pieni. Lämpötilan aleneminen on pieni myös vertailuesimerkissä ja tämä johtuu siitä, että Cr-hapettumisen lämmönmuodostusmäärä oli pieni.

36 101160

p7 III

P

β m — cd « U) — o cs UJ co c • ·

•H

JH___ β

»H

Φ

P

P

P

W

:<d X _

tc § Ό CJ

s & ^

:«J

P

:cd :cd

E C

<U β 0) <D X Cu rH (Ö :rö SC τι « *rl

E

<u äh--rt «, Ό rvl β --

(0 I—I

Ή

P

:θ :(0 ft P E :<t3 :oJ :na ι4 E__ β <U :(0 _ Q) P v - 5:5 i ^ « 31 S’ - «' P - <U β ft ·

(O P SC U

_ in β (0

> P

(U

-I rH β IJ O :0 <ti p a; n :o3 β -h •v· ιΗ ·Ρ ·Η 3 «H W β

5 ·Η Ai X

< W CD CD

9 W AS Eh 03 1' =j= — ;, —=j

H

101160 37

Kuten yllä on kuvattu, esillä olevan keksinnön mukaisesti hiilen poistumista voidaan edistää samalla torjuen Cr-hapet-tumista ja lämpötilan alenemista. Tästä syystä, koska [C](%):n puhaltamista ulos konvertterista voidaan lisätä, on mahdollista vähentää pelkistystarkoituksiin käytetyn FeSi:n määrää. Lisäksi, koska hapettuneen Cr:n määrää voidaan vähentäää merkittävästi, on mahdollista aikaansaada noin 50 ppm tai vähemmän oleva alhainen happipitoisuus käyttämättä Ai hapenpoistoai-neena. Lisäetuja ovat myöskin se, että raaka metalli voidaan estää kerrostumasta tyhjösäiliön sisäpintaan tai VOD-laitteen kanteen tai valukauhaan tai vastaavaan. Tämä johtuu siitä, että metalli joutuu vaahtoamaan ja lämmönkehityksen kohteeksi johtuen denitrifikaation ja hiilen poistumisen aikana tapahtuvasta sekundäärisestä palamisesta.

Monia eri suoritusmuotoja voidaan toteuttaa irtautumatta keksinnön hengestä ja suojapiiristä. On selvää, että tämä keksintö ei rajoitu tässä esitettyihin erityissuoritusmuo-toihin. Päinvastoin esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kattaa eri modifikaatiot ja vastaavat järjestelyt, jotka ovat patenttivaatimusten hengen ja suojapiirin rajoissa. Oheiset patenttivaatimukset tulee ymmärtää laajimmassa merkityksessään siten, että ne kattavat kaikki tällaiset modifikaatiot ja • vastaavat rakenteet ja toiminnot.

Claims (4)

101160

1. Menetelmä kaasun ja hiilen tyhjöpoistamiseksi sulasta ruostumattomasta teräksestä, joka ruostumaton teräs on 5 teräksenvalmistusuunin tuote, johon menetelmään kuuluu typenpoisto ja kaasunpoisto tyhjössä; puhalletaan hapettavaa kaasua suutinkurkulia ja suuttimen poisto-osalla varustetun putken kautta teräksen pintaan mainitun tyhjökaasunpoistosäiliössä, tunnettu siilo tä, että menetelmään kuuluu seuraavat vaiheet: säädetään suhde [N]paino-%/[Cr]paino-% sulassa teräksessä ennen kaasun poistoa arvoon 3,0 x 10'1 2 3 4 5 tai enemmän; säädetään puhalluksen paine sulan teräksen pinnassa paineen logaritmin α-arvoon noin -1 ... 4, jolloin a määritellään 15 seuraavasti: a = -0, 808 (LH)0'6 + 0,00191 (PV) + 0, 00388 (Sc/Ss)Q + 2,97, jossa LH on korkeus (m) sulan teräksen paikallaan olevasta kylvyn pinnasta puhalluspisteeseen; PV on tyhjöaste (Torr), jonka alaiseksi teräs saatetaan hapettavan kaasun puhalluk-20 sen jälkeen; Ss on putken suutinkurkun pinta-ala (mm2) ; S0 on suuttimen poisto-osan pinta-ala (mm2) ; ja Q on hapettavan kaasun virtausnopeus (Nm2/min.). Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä kaasun ja hii-25 Ien poistamiseksi tyhjössä, tunnettu siitä, että teräksen [N]% ennen hiilenpoistokäsittelyn alkua korotetaan teräksenvalmistusuunissa lisäämällä hapettavana rafinointi-kaasuna kaasua, jonka ainesosina ovat 02, N2 tai 02 ja N2, jolloin [N]%/[Cr]% sulassa teräksessä säädetään. - 30 2 Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tun 3 nettu siitä, että N2-kaasua tai N2 sisältävää inerttiä 4 kaasua käytetään pelkistyksen suorittamiseksi käyttämällä 5 rautaseosta happimelotuksen jälkeen teräksenvalmistusuu- 6 35 nissa, kun [N]%/[Cr]% sulassa teräksessä säädetään. 101160

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että enemmän kuin 5,0 x 10-3 Nm3/t ^-kaasua tai N2 sisältävää kaasua puhalletaan putkesta tyhjö-kaasunpoistosäiliössä ja samanaikaisesti puhalletaan hapet- 5 tavaa kaasua sulan teräksen pintaan ja/tai samalla, kun sulalle teräkselle suoritetaan hiilenpoisto.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä kaasun tai hiilen poistamiseksi tyhjössä, tunnettu siitä, 10 että putki on yläpuhallusputki, jossa on useita putkireikiä ja joka on sijoitettu tyhjökaasunpoistosäiliöön ja että paineen logaritmiarvo a on noin -1 ... 4 yhtälössä: a = -0, 808 (LH) °'7+0, 00191 (PV)+0, 00388 (Σ Sa/E S») (Q/n)+2,97, jossa LH on putken korkeus (m); PV on tyhjöaste (Torr) 15 tyhjökaasunpoistosäiliössä hapettavan kaasun lisäyksen jälkeen; Σ Ss on yläpuhallusputken suuttimen kurkkuosien pinta-alojen summa (mm2); ΣΣ0 on yläpuhallusputken suuttimen poisto-osien pinta-alojen summa (mm2); Q on happikaasun virtausnopeus (NmVmin.) ja n on putkireikien lukumäärä. 101160