FI73462B - Metod foer framstaellning av staol med laog vaetehalt. - Google Patents

Description

1 73462

Menetelmä alhaisen vetypitoisuuden omaavan teräksen valmistamiseksi - Metod för framställning av stäl med lag vätehalt

Keksinnön kohteena on teräksen raffinointi, erikoisesti sellaisten terästen pinnanalainen pneumaattinen raffinointi, jotka vaativat niin alhaisen vetypitoisuuden valmistetussa materiaalissa, että vedystä aiheutuvaa sisäistä halkeamaa ei esiinny.

Tässä selityksessä käytettävä termi "pinnanalainen pneumaattinen raffinointi" tarkoittaa menetelmää, jossa sulatteen hiilenpoisto aikaansaadaan pinnanalaisesta injektoimalla happea yksistään tai yhden tai useamman muun kaasun yhteydessä, joka kaasu voi olla ammoniakki, metaani (tai joku muu hiilivety), hiilimonoksidi, hiilidioksidi, typpi, argon tai höyry.

Tekniikan alalla tunnetaan useita pinnanalaisia pneumaattisia teräksen raffinointimenetelmiä: AOD-, CLU-, OBM-, Q-BOP-, ja LWS-menetelmät ovat esimerkkejä tällaisista. On olemassa useita US-patentteja, jotka kohdistuvat näihin menetelmiin, esimerkiksi US-patentit 3.252.790; 3.867.135; 3.706.549; 3.930.843 ja 3.844.768. Pinnanalainen pneumaattinen raffinointi yleensä käsittää suuren määrän yksilöllisiä menetelmä-vaiheita, joista mainittakoon hiilenpoisto, hapenpoisto, rikinpoisto ja kaasunpoisto. Tässä keksinnössä kaasunpoisto on erikoisen kiinnostava.

Tätä keksintöä voidaan käyttää kaikissa yllä mainituissa pinnanalaisissa pneumaattisissa teräksen raffinointimenetelmissä, mutta mukavuussyistä keksintöä tullaan selittämään viittaamalla argon-happi-hiilenpoistomenetelmään, jota yleisesti kutsutaan nimellä "AOD"-menetelmä.

73462 AOD-menetelmä, kuten sitä tässä keksinnössä käytetään, tarkoittaa menetelmää sulan metallin raffinoimiseksi, joka sulate on asetettu tulenkestävällä vuorauksella varustettuun astiaan, jossa on vähintään yksi pinnanalainen putki. AOD-menetelmän perusoperaatiot ovat hyvin tunnetut. Esimerkiksi US-patenteis-sa 3.252.790; 3.046.101; 3.754.894; 3.816.720; 3.867.135; 4.187.102 ja 4.278.464 on selitetty erilaisia menetelmän tärkeitä kohtia. Kuitenkaan ei ole olemassa mitään sellaista informaatiota, joka koskisi sellaisten terästen onnistunutta valmistusta (erikoisesti hiiliterästen ja niukkaseostettujen terästen valmistusta, jotka sisältävät vähemmän kuin noin 10 % kokonaisuudessaan seostetta), joilla on tarpeeksi alhainen vetypitoisuus niin, että ei esiinny sisähalkeamia, jotka johtuvat teräksen vetypitoisuudesta.

Teräksen vetypitoisuus on erittäin tärkeä teräksen laadun kannalta. Vedystä johtuvat sisähalkeamat vaikuttavat huomattavan haitallisesti teräksen taottavuuteen ja sitkeyteen ja tekee teräksen pääasiallisesti käyttökelvottomaksi tavallisiin tarkoituksiin.

Eräs tavallinen menetelmä, jota käytetään terästeollisuudessa sellaisen teräksen valmistamiseksi, jolla on tarpeeksi alhainen vetypitoisuus, että estettäisiin vedystä johtuvia halkeamia, sisältää kaasunpoistamisen sulatteesta tyhjössä. Kuitenkin tämä menetelmä vaatii sulatteen lämpötiloja, jotka ovat korkeampia kuin ne, joita vaaditaan AOD-raffinoinnissa, tai vaatii käytettäväksi ulkoista lämpölähdettä halutun lämpötilan ylläpitämiseksi, jolloin on pakko käyttää monimutkaista laitteistoa, joka on vaikeasti ylläpidettävissä. Kuitenkin AOD-menetelmässä on käytettävä hyväksyttävää menetelmää varmis-• taakseen, että voidaan valmistaa terästä, joka sisältää tyydyttävän määrän vetyä.

Ta.-.Ur keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä terästen, kuten hiiliterästen, niukkaseosteisten terästen ja työ-

II

3 73462 kaluterästen pinnanalaiseksi pneumaattiseksi raffinoimiseksi, joissa vetypitoisuus pidetään tarpeeksi pienenä, että pääasiallisesti eliminoidaan tuotteesta vedystä johtuvat sisähal-keamat.

Yleisesti sanottuna keksinnön kohteena on menetelmä teräksen valmistamiseksi, johon kuuluu terässulatteen panostaminen raf-finointiastiaan, jolloin kaasun injektointi sulatteeseen aikaansaadaan käyttämällä vähintään yhtä pinnanalaista putkea. Injektoitua kaasua käytetään alunperin nostamaan sulatteen lämpötilaa aikaansaamalla reaktio lisättyjen "polttoaine-elementtien" kanssa (esimerkiksi alumiini- ja/tai pii) ja sulatteen mellottamiseksi eli hiilenpoistamiseksi kaasuseoksella, jossa on happea ja laimennuskaasua. Hiilenpoistovaihetta seuraa vähintään yksi prosessivaihe, joka tunnetaan siitä, että injektoidaan pääasiallisesti happivapaata kaasua (esimerkiksi Ar tai N2) sulatteeseen, jolloin saadaan terästä, jolla on tarpeeksi alhainen vetypitoisuus, että vedyn aiheuttamia sisä-halkeamia ei syntyisi. Tämä aikaansaadaan yhdistämällä kriittisiä toimintoja ja parametrejä. Nämä keksinnön mukaiset toiminnot ja parametrit on määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukainen edullinen menetelmä käsittää siten seuraa-vat vaiheet: a) suoritetaan olennaisesti kaikki seostelisäykset valmiiksi ennen kuin aletaan injektoida happea sulatteeseen, b) suoritetaan olennaisesti kaikki kuonanmuodostuslisäykset ennen kuin aletaan injektoida happea sulatteeseen, c) ylläpidetään sellaista kuonan koostumusta, joka on yhteensopiva minimoimaan vedyn siirtymistä kuonasta sulatteeseen, d) poistetaan hiili sulatteesta olennaisesti haluttuun hiili-pitoisuuteen asti injektoimalla sellainen määrä happea, joka on riittävä poistamaan vähintään 0,35 % hiiltä sulatteesta e) lopetetaan raffinointikierroksen hapen injektointivaihe 4 73462 poistamalla vähintään noin 0,10 % hiiltä sulatteesta viimeisessä happi-injektoinnissa, f) ylläpidetään raffinoinnin happi-injektointivaiheessa koko-naispoistokaasutilavuus (käsittäen myös hiilimonoksidin muodostumisen) vähintään arvossa noin 400 standardikuutio-jalkaa/terästonni (SCF/sh tonni) (n. 12,5 ro3/ton), g) ylläpidetään raffinoinnin happi-injektointivaiheessa hapen spesifinen puhallusnopeus vähintään arvossa n. 1200 standardi kuutio jalkaa/ tunti/ terä stonni (SCF/h/lyhyttonni) (n.

37,4 m3/h/ton), h) injektoidaan sulatteeseen happi-injektointivaiheen jälkeen pääasiallisesti happivapaata kaasua määrässä, joka vastaa vähintään noin 200 SCF/lyhyttonni (n. 6,2 m3/ton) terästä jokaista seostelisäysprosenttiyksikköä kohti, joka on tehty tämän jakson aikana, sellaisella nopeudella, että poistokaasun virtauksen Reynolds-luku astian suun kohdalla tämän vaiheen aikana ei ole suurempi kuin noin 1200, i) ylläpidetään raffinointiastian yhteydessä savua keräävää laitteistoa siten, että ilman infiltraatio astiaan minimoidaan kohdassa h) selitetyssä prosessivaiheessa, j) aikaansaadaan sellaiset metallurgiset käytännön menettelyt, että ajanjakso kohdassa h) esitetyn kaasun injektion alkamisesta panoksen kaatoajankohtaan minimoidaan ja kuitenkin täytetään kaikki kohdassa h) esitetyt parametrit·

Vetypitoisuus teräksissä, erikoisesti hiiliteräksissä, niukkaseosteisissa teräksissä ja työkaluteräksissä on erittäin tärkeä tuotteen laadun kannalta. Jos teräksen vetypitoisuus ylittää tietyn kriittisen maksimiarvon, valmistetussa teräksessä voi esiintyä mikrorepeämiä tai halkeamia, jolloin teräs on romutettava. Kriittiset vetypitoisuudet, jotka voivat aiheuttaa sisähalkeamia, riippuvat jokseenkin teräksen lajista, valmistettavan osan läpileikkauksesta (tai muodosta) ja teräksen rikkipitoisuudesta. On yleisesti todettu, että vedystä johtuvaa sisäistä halkeamaa esiintyy enemmän kun hiili- ja nikkeli-pitoisuus teräksessä lisääntyy, kun kappaleen koko suurenee ja kun rikkipitoisuus teräksessä vähenee.

Il 5 73462

On vaikea määrittää tiettyä absoluuttista arvoa kriittiselle maksimivetypitoisuudelle, koska erot näytteenottotekniikassa ja sitä seuraavassa vetyanalyysissä ovat tekijöitä, jotka vaikuttavat esitettyihin vetypitoisuuksiin eri kohteissa terästeollisuudessa. Alan ammattimiehet ovat kuitenkin yleensä sitä mieltä, että vaaditaan maksimivetypitoisuus, joka on välillä 1,5-2,0 ppm lopullisessa tuotteessa, tyydyttävän tuloksen aikaansaamiseksi. Koska terästen vetypitoisuus tavallisesti nousee kaatamisen tai valamisen yhteydessä, vaikuttaa ilmeiseltä, että jokaisen pinnanalaisen pneumaattisen raffinointi-menetelmän on pystyttävä aikaansaamaan vetypitoisuus, jonka maksimi on 1,0-1,5 ppm ennen kaatamista, jos halutaan välttää vaikeudet, jotka johtuvat vedystä.

Tämä keksintö esittää ne prosessiparametrit, jotka vaaditaan sellaisen AOD-raffinoidun teräksen valmistamiseksi, jolla on tarpeeksi alhainen vetypitoisuus, jotta vedystä johtuvat sisä-halkeamat estettäisiin lopullisessa tuotteessa. Useat prosessivaiheet ja parametrit ovat välttämättömiä sellaisen teräksen valmistamiseksi, jolla on hyväksyttävä vetypitoisuus, ja nämä prosessivaiheet ja parametrit on suoritettava tyydyttävällä tavalla halutun lopputuotteen aikaansaamiseksi.

Yleisesti AOD-menetelmä hiiliterästen, niukkaseosteisten terästen ja työkaluterästen raffinoimiseksi käsittää useita selvästi tunnistettavissa olevia vaiheita, pääasiallisesti: 1) lämpötilan korottaminen aikaansaamalla hapen reaktio eräiden aineiden kanssa, jotka vapauttavat suuria lämpömääriä hapetuksen aikana (alumiini ja pii ovat hyviä käytännön esimerkkejä tällaisista materiaaleista), 2) sulatteen mellotus, jolloin hiili poistetaan saattamalla se reagoimaan hapen kanssa, 3) sulatteen pelkistys, jolloin tietyt aineet, jotka mahdollisesti ovat hapettuneet kuonaan vaiheiden 1) ja 2) aikana palautetaan sulatteeseen saattamalla ne reagoimaan helpommin hapetettavissa olevan aineen kanssa (esimerkiksi piitä käytetään magnesiumin ja kromin palauttamiseksi, jotka olivat ha- 6 73462 pettuneet vaiheiden 1) ja 2) aikana), 4) sulatteen rikinpoisto, jolloin rikkiä poistetaan aikaansaamalla kiivas kuona/me-tallisekoitus, ja 5) panoksen viimeistely, jolloin suoritetaan lopullisia pienehköjä säätötoimenpiteitä sulatteen kemialliseen koostumukseen sopivilla seosteiden tasoituslisäyksillä. Vaiheet 3) ja 4) tapahtuvat usein samanaikaisesti ja vaativat kuten vaihe 5) pääasiallisesti happivapaan puhdistuskaasun puhalluksen halutun lopputuloksen aikaansaamiseksi.

Panoksesta voi kaasua poistua kaikissa yllämainituissa vaiheissa, kuitenkin minimaalisen vetypitoisuuden aikaansaamiseksi sulatteeseen kaatoajankohtana, on seurattava eräitä kriittisiä ohjeita.

Edullisessa menetelmässä terässulate panostetaan olennaisesti kuivaan raffinointiastiaan. Raffinointiastiaa ei tarvitse esikuumentaa, edellyttäen, että tulenkestävä vuoraus on kuivaa. Astian esikuumennus on kuitenkin toivottavaa toisesta syystä, kuten tulenkestävän vuorauksen eliniän parantamiseksi ja luotettavamman prosessiennustettavuuden aikaansaamiseksi kaato-(valamis-)lämpötilasäädön suhteen ja sellaisenaan esikuumennus on raffinontiastialle edullinen muoto.

Tämän keksinnön onnistuneen suorittamisen kannalta on erittäin tärkeätä, että kaikki lisäykset, jotka on tehtävä panostuksen aikana tehdään mahdollisimman aikaisessa vaiheessa kokonais-raffinointijärjestyksessä. On siksi toivottavaa, että kaikki seostusaineet (esimerkiksi mangaani, kromi, nikkeli, molybdee-niseosteet, jne.) ja kaikki kuonanmuodostavat aineet (esimerkiksi alumiini, pii, poltettu kalkki, dolomiittikalkki, jne.) lisätään ennen kuin happi-injektointivaihe alkaa. Kaikki lisäykset, mutta erikoisesti kuonan muodostavat lisäykset, muodostavat sulatteen vetylähteen johtuen siitä kosteudesta, joka niissä on (joko kemiallisesti tai fysikaalisesti sidottuna). Näiden materiaalien aikaisella lisäyksellä näin varmistetaan, että kaasunpuhdistuksella on maksimaalinen aika palauttaa sulatteen vetypitoisuus alhaiselle asteelle.

73462 7

Vaikka on totta, että kaikki kaasut, jotka injektoidaan sulatteeseen myötävaikuttavat vetypuhdistukseen (eli vedyn poistamiseen) sulatteesta, niin hapen reaktio hiilen kanssa sulatteessa on erikoisen edullista, sillä kaksi tilavuutta hiilimonoksidia muodostuu jokaista reagoinutta happitilavuutta kohti. Hiilenpoistovaihe näin ollen muodostaa pääasiallisen väliaineen vedyn poistamiseksi sulatteesta. Riittävän vedyn poiston varmistamiseksi on toivottavaa, että injektoidaan niin paljon happea, että noin 0,35 % hiilestä poistetaan sulatteesta, ja sellainen injektointimenettely tulisi aikaansaada, että hapen puhallus loppuu olennaisesti halutun hiilipitoisuuden tai hiukan korkeamman hiilipitoisuuden vallitessa. Koska hii-lenlisäykset voivat myös lisätä vetyä sulatteeseen, on toivottavaa, ettei hiiltä lisätä sulatteeseen happi-injektoinnin loputtua.

Teräsvalmistuksen ja varsinkin AOD-teräsraffinoinnin ammattimiehet tietävät, että joskus sulatteen lämpötila ei ole tarpeeksi korkea, kun happi-injektointivaihe on suoritettu loppuun, endotermisten raffinointivaiheiden mahdollistamiseksi, toisin sanoen pelkistyksen, rikinpoiston ja hienosäätölisäys-ten läpiviemiseksi onnistuneesti. Tällaisessa tapauksessa sulate on puhallettava uudelleen hapella lämpötilan korottamiseksi, yleensä lisäämällä alumiinia tai piitä sulatteeseen ja tämän jälkeen saattamalla nämä aineet reagoimaan hapen kanssa lämpötilan korottamiseksi. Tämän keksinnön mukaan jokaisen lämpötilan takia suoritetun uudelleenpuhalluksen tulisi myös käsittää sulatteen uudelleenmellotuksen siten, että vähintään noin 0,10 % hiiltä voidaan poistaa sulatteesta sen jälkeen, kun uudelleenpuhalluksella on saavutettu sopiva sulatteen lämpötila. Uudelleenpuhallusten aikana sulatteen vetypitoisuus usein nousee, joten on jätettävä mahdollisuus sulatteen lisä-puhdistukselle lämpötilan takia suoritetun uudelleenpuhalluksen jälkeen.

Hiilenpoiston aikana tapahtuvan hiilimäärän poistamisen lisäk- 8 73462 si tiettyjä muita erittäin tärkeitä poistokaasun kokonaistilavuuksia ja poistokaasun nopeuksia tulisi huomioida tyydyttävän tuloksen aikaansaamiseksi. Happi-injektointivaiheen aikana (mahdolliset uudelleenpuhallukset mukaanluettuina) tulisi huomioida, että poistokaasun kokonaistilavuuden (hiilimonoksi-dimuodostuminen mukaanluettuna) tulisi olla vähintään 400 SCF/teräslyhyttonni (n. 12,5 m3/ton) sulatteen riittävän puhdistuksen varmistamiseksi tämän vaiheen aikana. Spesifinen hapen puhallusnopeus tulisi mieluiten ylläpitää vähintään arvossa noin 1200 SCF/tunti teräslyhyttonnia (n. 37,4 m3/h/-ton) kohti astiassa kuonanmuodostavien aineiden nopean siirtymisen kuonaan aikaansaamiseksi ja ilman tunkeutumisen vähentämiseksi raffinointiastiaan.

Ilman tunkeutuminen raffinointiastiaan tulisi minimoida kaikkien prosessivaiheiden aikana, sillä ilmassa oleva kosteus (vesihöyry) voi muodostaa sulatteen vetylähteen. Koska hiilen-poistovaihe kehittää suuren määrän puhdistuskaasua, joka poistuu astian suun kautta suurella nopeudella, on tavallisesti todettavissa, että sulatteen vetypitoisuus on minimissä hii-lenpoiston lopussa.

Hiilenpoiston jälkeen sulate pelkistetään ja siitä poistetaan rikki, ja siihen lisätään hienosäätäviä ferroseosteita tarpeen vaatiessa sulatteen koostumuksen saamiseksi haluttujen arvojen sisälle. Ihanteellisesti tulisi vähemmän kuin yksi prosentti (1 %) panoksen painosta lisätä astiaan näiden vaiheiden aikana. Tämän keksinnön onnistuneeksi suorittamiseksi on tämän vaiheen aikana injektoitava tarpeeksi puhdistuskaasua sellaisissa olosuhteissa, jotka minimoivat ilman tunkeutumisen astiaan. On edullista injektoida vähintään noin 200 SCF puhdistus-kaasua teräslyhyttonnia (n. 6,2 m3/ton) kohti ja jokaista seostuslisäysprosenttiyksikköä kohti tämän vaiheen aikana sellaisella nopeudella, että poistokaasun Reynolds-luku astian suussa ei ole suurempi kuin noin 1200 (t.s. jää laminaarisen virtauksen alueelle).

I! 9 73462

Kuonan ominaisuuksilla, savunkeräyslaitteistolla, ja koko toiminnan nopeudella on myös merkittävä vaikutus raffinoinnin myöhempien vaiheiden aikana todettuun vedynpoistoon.

Kuonan edullisella kemiallisella koostumuksella tulisi olla toivotut kyvyt rikkikapasiteetin suhteen jne., mutta sillä tulee olla kohtuullinen emäksisyys siten, että vesiliukenevuus kuonassa on minimoitu. On välttämätöntä, että huomioidaan kuonan kemiallinen käyttäytyminen kokonaisuudessaan (t.s. aluminiumoksidi, piidioksidi, kalkki, magnesiumoksidi) optimaalisuuden määrittämiseksi, mutta edullisella kuonalla on kemiallinen koostumus, jossa pääasiallisina komponentteina on 10-15 % AI2O3, 25-30 % Si02, 40-50 % CaO ja 10-15 % MgO.

Tätä keksintöä tehtäessä käytettiin raffinointiastiaa, johon oli asennettu poistokaasun käsittelemiseksi tiiviisti talteen-otettava kupu, ja todettiin, että kuvun kääntäminen pois astian suulta pelkistys- jne. vaiheiden aikana aikaansai vähemmän ilman tunkeutumista astiaan. Tämä havainto osoitti, että kiih-dytys-poistoputkityyppinen (accelerator-stack) savunohjausjärjestelmä voisi olla edullinen AOD-astioissa, jotka rutiininomaisesti raffinoivat hiiliteräksiä, niukkaseosteisia teräksiä tai työkaluteräslaatuja.

Toiminnan nopeus sillä aikavälillä, joka alkaa pelkistyksen alussa ja loppuu, kun panos valetaan, on myös tärkeä keksinnön onnistumisen kannalta. On erittäin toivottvaa, ettei astia seiso toimenpiteittä odottaen kemiallisia kokeita jne. Niitä toiminnallisia työvaiheita lukuunottamatta, jotka täytyy suorittaa, tulisi panosta puhdistaa kaasulla mahdollisimman suuressa määrin tämän aikavälin aikana. Näihin lopullisiin vaiheisiin tulisi käyttää mahdollisimman vähän aikaa (edullisesti 15 minuuttia tai vähemmän).

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä edelleen.

10 73462

Esimerkki 1

Oikea toiminta ilman lämpötilan takia suoritettua uudelleenpuhallusta

Panos 76.000 Ib (34 545 kg) AISI 1042 laadun terästä, valmistettiin 40 short ton (36 metritonni) vetoisessa AOD-astiassa. Panos käsiteltiin fosforin poistamiseksi sähkökaariuunissa kalkkikiven ja hapen avulla emäksisen fosforin poistavan kuonan alla. Panos kaadettiin uunista ja siirrettiin pohja-aukon kautta AOD-astiaan. Uunista kaadettaessa panoksen hiilipitoisuus oli n. 0,85 %. Astiaan oli esipanostettu noin 600 Ib (273 kg) 50 %:ista FeSirtä, 216 Ib (98 kg) alumiinia, ja 250 Ib (114 kg) standardi-ferromangaania. Teräksen panostuksen jälkeen astiaan lisättiin 1600 Ib (727 kg) kalkkia.

Panos puhallettiin happi/typpi-seoksella, kunnes se oli mello-tettu noin 0,55 % hiilipitoisuuteen. Lämpötila oli tällöin 2920 °F (1605 °C) ja vetypitoisuus oli 1,8 ppm. Panos mello-tettiin tämän jälkeen noin 0,43 % hiilipitoisuuteen ja siihen lisättiin 516 Ib (235 kg) 50 %:ista FeSi:tä panoksen pelkistämiseksi. Pelkistyssekoitus suoritettiin savukuvun ollessa käännettynä pois astiasta ja siihen puhallettiin argonia noin 165 SCF/teräslyhyttonni (n. 5,2 m^/ton) nopeudella 40 000 SCF/tunti (n. 1132 m^/h). Pelkistyksen lopussa vetypitoisuus oli 1,2 ppm. Panos valettiin tämän jälkeen ja tuloksena oli hyväksyttävää terästä.

Esimerkit 2... 13

Lisäselvitys esimerkin 1 mukaisista onnistuneista toiminnoista

Erilaisia panoksia valmistettiin esimerkin 1 mukaisella menetelmällä :

II

11 73462 % hiiltä Viimeistelyvaihe: Vetypitoi-

Esi- Teräs- poistettu puhdistuskaasu suus AOD- merkki laatu sulatteesta käytetty tilavuus valussa (SCF/lyhyttonni) (ppm) (0,0312 m3/ton) 2 1029 0,89 127 1,2 3 1029 0,41 103 1,3 4 1040 0,44 200 1,3 5 4130 0,45 237 1,1 6 4142 0,42 250 1,5 7 4142 0,36 147 1,4 8 4142 0,40 152 1,2 9 4142 0,98 360 1,0 10 8620 0,46 201 1,2 11 4340 0,72 162 1,3 12 HY100 0,66 248 0,9 13 JDie2 0,45 140 1,0

Huom. 1) Spesifinen hapen puhallusnopeus = 1550 standardikuu-tiojalkaa (SCF) per tunti lyhyttonnia kohti (n. 48,4 m3/h/ton) 2) Reynoldsin luku viimeistelyvaiheen aikana = 1100 Kaikki tuotteet olivat hyväksyttäviä.

Esimerkki 14

Oikea toiminta lämpötilan takia suoritetulla uudelleenpuhalluksella

Panos, 85 000 Ib (38 635 kg) työkalulaadun terästä (0,53 % C) , valmistettiin 40 short ton (36 metritonni) vetoisessa AOD-as-tiassa. Panos käsiteltiin fosforin poistamiseksi sähkökaariuu-nissa kalkkikiven ja hapen avulla emäksisen fosforin poistavan kuonan alla. Panos kaadettiin uunista ja siirrettiin pohja-aukon kautta AOD-astiaan. Uunista kaadettaessa panoksen hiilipitoisuus oli n. 0,90 %. Noin 750 Ib (340 kg) 50 %:sta FeSi:ta, 240 Ib (109 kg) alumiinia, 540 Ib (245 kg) standarditerroman-gaania, 815 Ib (370 kg) panoskromia ja 20 Ib (9 kg) molybdee- 12 73462 nia oli esipanostettu astiaan. Teräksen panostuksen jälkeen astiaan lisättiin 2000 Ib (909 kg) kalkkia.

Panos puhallettiin happi/typpi-seoksella, kunnes se oli mello-tettu noin 0,60 % hiilipitoisuuteen. Lämpötila tässä pisteessä oli 2880 °F (1585 °C) , mikä todettiin olevan liian alhainen talle panokselle prosessin tässä vaiheessa. Vetypitoisuuarvoja ei otettu. Koska lämpötila oli alhainen, astiaan lisättiin 192 Ib (87 kg) alumiinia sekä 150 Ib (68 kg) grafiittia ja 53 Ib (24 kg) standardiferromangaania yhdessä 66 lb:n (30 kg) kanssa panoskromia (kemiallisen koostumuksen säätämiseksi).

Panos puhallettiin uudelleen happi/typpi-seoksella, kunnes tarpeeksi happea oli puhallettu aluminiumin poistamiseksi sulatteesta. Lämpötila tässä pisteessä oli 2920 °F (1605 °c) ja vetypitoisuus oli 2,4 ppm. Sulatteen hiilipitoisuus oli noin 0,70 %.

Panos puhallettiin tämän jälkeen happi/typpi-seoksella, kunnes sulate oli mellotettu 0,53 % hiilipitoisuuteen. Siihen lisättiin välittömästi noin 590 Ib (268 kg) 50 %:ista FeSi:tä ja sulatetta sekoitettiin argonilla nopeudella 40 000 SCF/tunti (n. 1132 m3/h) , kunnes noin 140 SCF argonia teräslyhyttonnia (n. 4,4 m3/ton) kohti oli injektoitu. Savukupu oli käännetty pois astialta pelkistyssekoituksen aikana. Pelkistyksen lopussa lämpötila oli 2830 °F (1555 °C) ja vetypitoisuus oli 1,4 ppm. Panos valettiin ja saatiin terästä, jonka vetypitoisuus oli hyväksyttävää.

Esimerkki 15

Riittämättömän hiilenpoiston, riittämättömän kaasunpuhdistuksen pelkistyksen aikana, ja lämpötilan takia suoritetun uudelleenpuhalluksen vaikutus

Panos 69 000 Ib (31365 kg) työkalu laadun terästä (0,53 % C) , valmistettiin 40 short ton (36 metritonni) vetoisessa AOD-as- tiassa. Panos käsiteltiin fosforin poistamiseksi sähkökaari- 13 73462 uunissa kalkkikiven ja hapen avulla emäksisen fosforin poistavan kuonan alla. Panos kaadettiin uunista ja siirrettiin pohja-aukon kautta AOD-astiaan. Uunista kaadettaessa panoksen hiilipitoisuus oli noin 0,55 %. Noin 650 Ib (295 kg) 50 %:ista FeSista, 288 Ib (131 kg) alumiinia, 253 Ib (107 kg) standardi-ferromangaania ja 505 Ib (230 kg) panoskromia oli esipanostet-tu astiaan. Teräksen panostuksen jälkeen astiaan lisättiin 1750 Ib (795 kg) kalkkia ja 150 Ib (68 kg) grafiittia (hiili-pitoisuuden nostamiseksi noin 0,75 %:iin).

Panos puhallettiin happi/typpi-seoksella, kunnes se oli melio-tettu noin 0,60 %. Lämpötila tässä pisteessä oli 2800 °f (1540 °C) ja hiilipitoisuus oli 2,1 ppm. Panos puhallettiin uudelleen, kun siihen oli lisätty 456 Ib (270 kg) alumiinia ja 100 Ib (45 kg) grafiittia. Lämpötila uudelleenpuhalluksen lopussa oli 2890 °F (1590 °C) , vetypitoisuus oli 2,4 ppm ja hiilipitoisuus 0,57 %. Panos mellotettiin sitten hiilipitoisuuteen 0,53 % ja sulatteeseen lisättiin sen pelkistämiseksi 470 Ib (214 kg) 50 %:ista FeSi:ta. Pelkistyssekoituksena oli argon-sekoitus riittävän kauan, että argonin käyttö oli n. 100 SCF/ teräslyhyttonni (n. 3,1 m3/ton), kuvun ollessa poiskäännettynä astialta. Pelkistyksen lopussa (ja siten myös valettaessa) vetypitoisuus oli edelleen 2,4 ppm. Tämä panos sisälsi kelpaamattoman paljon vetyä.

Huomaa, että sulatteesta poistettu hiilimäärä oli ainoastaan 0,20-0,25 %, mikä antoi tulokseksi vetypitoisuuden, joka oli yli 2 ppm alku-happipuhalluksen jälkeen, ja että alumiinin kanssa suoritettu uudelleenpuhallus lämpötilaa varten tuotti 0,3 ppm:n nousun teräksen vetypitoisuuteen. Argonpelkistyspu-hallus ylläpiti vetyarvon muuttumattomana.

Esimerkki 16

Vaikutus ilman tunkeutumisesta raffinointiastiaan ja myöhään suoritetusta lisäyksestä

Panos, 68 000 Ib (30 909 kg/) AISI 1026-laadun terästä, vai- 14 734 62 niistettiin 40 short ton (36 metritonni) vetoisessa AOD-astias-sa. Panos käsiteltiin fosforin poistamiseksi sähkökaariuunissa kalkkikiven ja hapen avulla emäksisen fosforin poistavan kuonan alla. Panos kaadettiin uunista ja siirrettiin pohja-aukon kautta AOD-astiaan. Uunista kaadettaessa panoksen hiilipitoisuus oli noin 0,80 %. Noin 1250 Ib (568 kg) 50 %:ista FeSi:ta, 220 Ib (100 kg) alumiinia ja 530 Ib (241 kg) standardi ferro-mangaania oli esipanostettu astiaan. Teräksen panostuksen jälkeen astiaan lisättiin 2 400 Ib (1091 kg) kalkkia.

Panos puhallettiin happi/typpi-seoksella, kunnes se oli mello-tettu noin 0,24 % hiilipitoisuuteen. Lämpötila tässä pisteessä oli 3090 °F (1700 °C) ja vetypitoisuus oli 1,1 ppm. Noin 520 Ib (236 kg) 50 %:ista FeSirtä lisättiin panoksen pelkistämiseksi, ja sekoitus suoritettiin käyttäen 40000 SCF/tunti (n. 1132 m3/h) argonia savukuvun ollessa paikallaan astian yläpuolella. Pelkistyssekoitukseen kului 122 SCF teräslyhyttonnia (n. 3,8 mVton) kohti. Pelkistyksen lopussa lämpötila oli 2990 °f (1645 °C) ja vetypitoisuus oli 2,1 ppm.

Panos oli liian kuuma valettavaksi tässä pisteessä, joten siihen lisättiin 300 Ib (136 kg) kalkkia ja panosta sekoitettiin (taas savukupu paikoillaan), kunnes kului vielä 135 SCF argonia teräslyhyttonnia (n. 4,2 m^/ton) kohti. Vetypitoisuus tässä pisteessä oli edelleen 2,1 ppm. Tuote oli kelpaamaton liian korkean vetypitoisuuden takia.

Il 73462 15

Esimerkki 1/

Spesifisen hapenpuhallusnopeuden vaikutus vetypitoisuuteen panoksen valuhetkellä (Huom. että esimerkin 1 mukaisia toimintoja ei muutettu hapenpuhallusnopeutta lukuunottamatta)

Hapenpuhallus- Näyte Keskimääräinen nopeus Koko (panos- vetypitoisuus (SCF/h/lyhyt tonni) lukumäärä) AOD-valussa (ppm) (0,0312 m3/h/ton) 950 3 2,2 1250 2 1,2 1550 16 1,2

Esimerkki 18

Minimaalisten aikaviivästymisten tärkeys raffinoinnin myöhemmissä vaiheissa

Panos, 65 000 Ib (29 545 kg) D6B-laadun terästä (0,46 I) valmistettiin 40 short ton (36 metri-tonni) vetoisessa AOD-asti-assa. Panos käsiteltiin fosforin poistamiseksi sähkökaariuu-nissa hapen ja kalkkikiven avulla emäksisen, fosforia poistavan kuonan alla. Panos kaadettiin uunista ja siirrettiin pohja-aukon kautta AOD-astiaan. Noin 850 Ib (386 kg) 50 %:ista FeSi: ta, 240 Ib (109 kg) alumiinia, 240 Ib (109 kg) standardi ferromangaania ja 550 Ib (250 kg) panoskromia oli esipanos-tettu astiaan. Kun teräs oli panostettu, lisättiin astiaan 2 000 Ib (909 kg) kalkkia. Hiilipitoisuus tässä pisteessä oli noin 1,00 %. Panos puhallettiin happi/typpi-seoksella, kunnes se oli mellotettu noin 0,34 % hiilipitoisuuteen. Lämpötila tässä pisteessä oli 3030 oF (1665 °C) ja vetypitoisuus oli 1,2 ppm. Panos mellotettiin sitten uudestaan 0,46 % hiilipitoisuuteen, 400 Ib (182 kg) 50 Iristä FeSirtä lisättiin ja panosta sekoitettiin argonilla (n. 105 SCF Ar/teräslyhyttonni) (n. 3,3 m3/ton) savukuvun ollessa poiskäännettynä astialta. Lämpötila 16 73462 pelkistyssekoituksen jälkeen oli 2920 °F (1605 ©C).

Panokselle vaadittua valusankoa ei oltu esivalmisteltu, mikä aikaansai välttämättömän viivästymisen panoksen valamisessa. Panos puhallettiin sitten uudelleen (lämpötilan korottamiseksi) happi/argon-seoksella käyttäen 70 Ib (32 kg) alumiinia. Lämpötila uudelleenpuhalluksen jälkeen oli 2890 °f (1590 °C) ja vetypitoisuus oli noussut arvoon 1,8 ppm. Panosta pidettiin vielä 45 minuuttia, kun valusankoa valmisteltiin. Tämän viivästymisen aikana teräksen vetypitoisuus nousi arvoon 2,4 ppm. Vetypitoisuus valettaessa AOD-astiasta oli liian korkea.

Esimerkki 19

Viimeistelyprosessin nopeuden vaikutus hiiliterästen, niukkaseosteisten terästen ja työkaluterästen vetypitoisuuteen

Keskimääräinen aika Näytteen koko Keskimääräinen vety- pelkistysvaiheen (panosten pitoisuus AOD-valussa alkamisesta valami- lukumäärä) (ppm) seen (min) 15 40 1,2 30 23 1,9

II

Claims (8)

73462

1. Menetelmä alhaisen vetypitoisuuden omaavan teräksen valmistamiseksi pinnanalaisella pneumaattisella raffinoinnilla, tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: a) käytetään kuivaa raffinointiastiaa, josta pääasiallisesti kaikki vesi on poistettu, b) panostetaan terässulate kuivattuun astiaan, c) lisätään lisäaineet sulatteeseen ennen happipuha1lusta maksimaalisen ajan saamiseksi vedyn kaasupuhdistamiseksi sulatteesta, d) mellotetaan sulatteesta vähintään noin 0,35 % hiiltä puhaltamalla happea sulatteeseen nopeudella, joka on vähintään n. 37,4 m3/h terästonnia kohti (1200 SCF/hr-US-ton), e) olennaisesti estetään kosteuden pääsy kosketukseen sulan kanssa hiilenpoistoa seuraavien prosessivaiheiden aikana, ja f) minimoidaan hiilenpoistoa seuraaviin prosessivaiheisiin käytetty aika sen ajan lyhentämiseksi, jossa vetyä absorboituu sulatteeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilenpoistoa seuraavat prosessivaiheet eivät kestä kauemmin kuin noin 15 minuuttia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raffinoinnin happi-injektointijakson aikana koko-naispoistokaasun tilavuus ylläpidetään vähintään arvossa noin 12,4 m-V ton (400 SCF/US-ton).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happi-injektointijakson jälkeen sulatteeseen injektoidaan olennaisesti happivapaata kaasua sellaisella nopeudella, että astian suussa ylläpidetään virtausolosuhteet, jotka minimoivat ilman tunkeutumisen astiaan. ie 73462

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että olennaisesti happivapaa kaasu injektoidaan sulatteeseen nopeudella, joka on vähintään noin 6,24 m^/ton terästä (200 SCF/US-ton) jokaista happi-injektointijakson jälkeen suoritettua seostuslisäyksen(-sten) prosenttiyksikköä kohti.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savua keräävä laitteisto pidetään kytkettynä raf-finointiastiaan siten, että ilman tunkeutuminen astiaan vaiheen (e) aikana minimoituu.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e t t u siitä, että prosessissa, jossa panos on lämpötilan takia puhallettava uudelleen menetelmä käsittää lisämeliotuksen jossa vähintään 0,10 % hiiltä poistetaan sulatteesta happi-injektointijakson viimeisenä vaiheena.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet t u siitä, että kuonan koostumus käsittää noin lo. 15 % alumiinioksidia, noin 25...30 % piidioksidia, noin 40. 50 % kalsiumoksidia ja noin 10...15 % magnesiumoksidia. 73462 Pa tentkrav