FI76381B - Foerfarande foer framstaellning av staol med laog kolhalt. - Google Patents

Description

76381

Menetelmä alhaisen hiilipitoisuuden omaavien terästen valmistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä niukkahiilisten teräs-laatujen valmistamiseksi puhaltamalla sisään happea tyhjössä ja ohjaamalla hiilen päätepistettä ja puhalluslämpötilaa, jonka menetelmän mukaan teräksen laskemisen jälkeen kuona kuoritaan, kuumennetaan ja valetaan, happi suihkutetaan pu-hallusputken kautta sulatteeseen, järjestelmän yksiköt ovat vesijäähdytteisiä ja kehittyvät savukaasut poistetaan järjestelmästä .

Ruostumattomia teräslaatuja on valmistettu vuosisadan vaihteesta lähtien. Vuosikymmenien kuluessa on sitten kehitetty kolme menetelmää tällaisten teräslaatujen valmistamiseksi: rakenne-, toistosulatus- ja metallin regenerointimenetelmät.

Rakennemenetelmän mukaisesti panos muodostetaan hiiliteräs-jätemateriaalista, sulattamisen jälkeen hiili raffinoidaan 0,04 - 0,5%:iin. Kuonan kuorimista, uuden kuonan muodostusta ja pelkistystä seuraa seostaminen. Hyvin alhaisen hiilipitoisuuden omaavaa ferrokromia (C = 0,06 - 0,006%) käytetään kromiseostamiseen. Näin valmistettujen ferriittisten ja aus-teniittisten ruostumattomien teräslaatujen lopullisessa koostumuksessa oleva hiilipitoisuus on 0,08 - 0,10%.

Toistosulatusprosessia käytetään martensiittisten ruostumattomien teräslaatujen valmistamiseksi (jolloin C = 0,12%). Tämä menetelmä mahdollistaa oman (ruostumattoman) jäteteräk-sen toistetun käytön. Sulattamisen jälkeen kuona pelkistetään ja seostetaan. Kromiseostaminen tapahtuu niukka- tai runsashiilisellä ferrokromilla sulatuksen ja määrätyn hiilen vaikutuksessa.

Metallin regenerointimenetelmällä voidaan toteuttaa korroosiota estävien jätteiden tai samankaltaisen koostumuksen 2 76381 omaavien, korkean Cr-, Ni-pitoisuuden sisältävien jätteiden lisääntynyt uudelleenkäyttö.

Hiili hapetetaan puhaltamalla happea putken kautta (jonka pituutta pienennetään sulattamalla), samalla kun kylvyn lämpötilaa lisätään asteittain (se ylittää 1800°C). Raffinointia seuraa kuonan pelkistys, seostaminen, desulfurointi ja panos lasketaan pois sen jälkeen, kun on saavutettu sopiva koostumus ja kylvyn lämpötila.

Ruostumattomien teräslaatujen sovellutuskenttä on laajentunut huomattavasti viime vuosina. Merkittävämpiä sovellutusaloja ovat seuraavat: kemiallinen teollisuus, rakennusteollisuus, lääkeinstrumenttiteollisuus, terveyslaitteet, paineastiat, tankit, elintarviketeollisuus-, energia-, atomiener-gialaitteet jne. Ruostumattomien teräslaatujen valmistus on yhtäkkiä lisääntynyt, koska atomivoimalaitosten määrä on kasvamassa. Esimerkiksi lämpöreaktoreiden sisäiset rakenne-elementit, jotka ovat kosketuksissa fissiomateriaalin kanssa, valmistetaan "ELC"-tyyppisestä austeniittisestä kromi-nikkeli-teräksestä. Hyvin niukkapitoista ruostumatonta terästä, joka on seostettu l%:lla booria, käytetään erityistarkoituksiin atorniteollisuudessa.

Teräslaatujen hiilipitoisuus on erityisen tärkeä korroosionkestävyyden suhteen. Kiteiden välistä korroosiota tapahtuu austeniittisissä teräslaaduissa, joissa on yli 0,03%:n hiilipitoisuus, ellei teräksessä olevaa hiiltä sidota titaanilla tai niobilla. Hiilen stabilointia ei tarvita alle 0,03%:n hiilipitoisuudessa, koska tässä tapauksessa rakenne muodostuu puhtaasta austeniitistä eikä myöskään mitään korroosiop-rosessia ala kiderajapinnoilla.

Selektiivinen hiilen hapetus on erittäin merkittävää näissä menetelmissä, niin että tehokkaiden seoselementtien konsent-raatio ei vähene tai vähenee ainoastaan minimaalisen määrän ja teräskylvyn ylikuumenemista ei tapahdu.

Niiden sulatteiden raffinoinnin aikana, joissa on kromia, hiilireaktioiden 3 76381 (C) + 1/2(02) = (CO) tai 2(C) + (02) = (C02) yhteydessä Cr-hapetuksen vaara on aina olemassa ruostumattomissa teräslaaduissa - termodynaamisista ja kinemaattisista syistä - seuraavan yhtälön mukaisesti: 2(Cr) + 3/2(02) = (Cr203)

Menetelmää on siten ohjattava, jotta saavutettaisiin hiilen selektiivisen hapetuksen kannalta suotuisat olosuhteet. Tämä saadaan aikaan joko hyvin korkealla kylpylämpötilalla (t > 1800°C) tai CO-kaasun hyvin alhaisella paineella.

Tavanomaisessa hapon kestävän teräksen valmistuksessa käytetään hyvin korkeaa lämpötilaa sähkökaafiuuneissa, mikä ei kuitenkaan ole edullista kustannusten ja tuottavuuden kannalta .

Raffinoitaessa hapella tyhjössä ennen kaikkea hiilipitoisuus on raffinoitava hapella, jota suihkutetaan tyhjössä ja erilaisilla paineilla lähtien jonkinlaisesta välituotteesta teräksen valmistuksen suhteen, jossa ei esiinny tietenkään ainoastaan kromia ja nikkeliä, vaan myös korkeita konsentraa-tioita muita elementtejä (esim. mangaaniterästen valmistus).

Vaikka järjestelmän ylikuumentumista ei ole odotettavissa toteutettaessa tällaisia menetelmiä, sitä kuitenkin tapahtuu melko usein käytännössä. Syynä tähän on se, että valmistusmenetelmän suora ohjaus ei ole mahdollista, ja siten raffinoinnin loppuunsuorittaminen tapahtuu arvioidussa hiilen päätepisteessä.

Edelleen epävarmuutta tuottaa putken säätämättömyys ja siitä johtuvat ylipuhallukset, joita usein tapahtuu yli 1750°C:n kylpylämpötiloissa.

4 76381

Yllä mainituista syistä kylvystä tulee usein ylikuumennettu ja upokasuunien tulenkestävä tiiliseinä rikkoutuu usein Keskimääräinen ikä on 1 - 2 panosta.

Puhallusputken pieneneminen on edelleen myös liiallista ja yleensä yksi puhallusputki ei ole riittävä koko panokselle

Esillä oleva keksintö saa siten aikaan patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaisen menetelmän niukkahiilisten teräslaatujen valmistamiseksi puhaltamalla happea tyhjössä, jolloin puhalluksen päätepiste (sulatteen hiilipitoisuuden ja lämpötilan suhteen) voidaan tarkoin määrittää ja ohjata ja siten kylvyn ylikuumeneminen voidaan estää. Menetelmän mukaan puhallus suoritetaan ylhäältä puhallusputken kautta, sulate huuhdotaan argonilla alhaalta käsin, savukaasujen koostumusta ja lämpötilaa samoin kuin sisään päästetyn ja poistetun jäähdytysveden lämpötilaa mitataan jatkuvasti, ja näiden mittaus-rvojen mukaan ohjataan argonivirtauksen voimakkuutta ja käsittelyvaiheet suoritetaan saatujen mittaustulosten mukaisesti.

Keksinnön mukaiselle ratkaisulle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Savukaasun lämpötila voidaan mitata nikkeli-kromi-nikkeli-termoelementillä ja ennen kaikkea hiilimonoksidi-, hiilidioksidi- ja happipitoisuudet mitataan savukaasun aineosista.

Hapen puhallus lopetetaan keksinnön mukaisesti, kun vähintään 90% koko puhallusta varten lasketusta hapen määrästä on jo laskettu sulatteeseen ja savukaasussa mitatun hiilimonoksidin määrä on laskenut alle 8%.n.

Myös puhallusputken sijainti voidaan tarkistaa keksinnön mukaisen menetelmän aikana. Puhallusputki upotetaan sulatteeseen nopeudella, joka vastaa puhallusputken lyhennystä ja kun savukaasussa olevan hiilidioksidin arvo äkkiä kasvaa savukaasun lämpötilan noustessa ja hiilimonoksidin arvo laskee saman aikaisesti, silloin putki säädetään uudestaan lisääntyneellä nopeudella, kunnes CC>2/CO-suhde on palautunut.

5 76381

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan saada aikaan turvallinen, luotettava ja tehokas niukkahiilisten ruostumattomien teräslaatujen valmistus. Suoritettaessa puhallus loppuun on suositeltavaa suorittaa hiili-happi-desoksidaatio suurtyhjossa, jonka aika määritetään lopullisella saatavalla hiilipitoisuudella. Tähän vaikutetaan vaihtelemalla argonin voimakkuutta.

Menetelmä sopii myös erikoisterästen valmistukseen. Tällaisia ovat esimerkiksi seuraavat: - teräkset, joiden hiilipitoisuus on alle 0,03%. Ruostumattomien teräslaatujen ollessa kyseessä stabilointiele-mentit voidaan jakaa mukana, mikä merkitsee taloudellista etua; - superferriittiset teräkset, jotka sisältävät (C) + (N) < 120 ppm, Cr 18% ja Mo 2% tai Cr 25% ja Mo 1%, joiden taloudellinen tehokkuus muodostuu Ni-metallin korvaamisesta; - Fe-Cr-Al-tyyppiset hyvin alhaisen rikkipitoisuuden omaavat teräkset vastuskuumennuselementtejä varten; - Maraging-teräkset; - nikkeliperustaiset seokset (esim. 50% Ni, 18% Cr, 1% Si) jäteseoksista ja metallinen kromi saatetaan seokseen ferrokromihiilitysaineen kanssa. Menetelmä säästää huomattavasti verrattuna rakennemenetelmään induktiiviuunin metalli-komponenteista; - tällä hetkellä valmistetut kuumuutta kestävät teräkset (esim. Ni = 36%, Cr = 16%, Si = 2,0%) ja mangaaniteräk-set (taloudellisemmat johtuen vähemmän kalliista panoksesta ja paremmasta laadusta; vähemmän sulkeumia ja alhaisempi kaasupitoisuus); - typpimikroseostaminen on myös mahdollista typpipu-halluksella huokoisen tiilen läpi; , 76381 6 - valutavara (Peiton pyörä), joka sisältää CX 0,003%, Cr 13%, Ni 4%; - dynamo- ja muuntajalevyjen perusmateriaalit, joissa on hyvin alhainen hiilipitoisuus ja korkea sisäinen puhtaus.

Keksinnön mukainen menetelmän eräänä etuna on se, että se mahdollistaa menetelmän täysin automaattisen tietokoneohjauksen. Tämä ei tarkoita ainoastaan putken ohjausta ja hap-pitarpeen määrittämistä ja puhalluksen päätepistettä tietokoneella, vaan myös käytettyjen seoselementtien vaaditun määrän laskentaa, panosselostusta, toimintaselostusta jne.

Keksinnön mukaisen menetelmän käytännön sovellutus tapahtuu esimerkiksi seuraavasti:

Panos valmistettiin 80 tonnin kaariuunissa, sitten se käsiteltiin metallurgisessa valusankoyksikössä. Kuonan kuorimista, uuden kuonan muodostusta seurasi alkupuhalluslämpötilan asetus kuumenninyksikössä.

Taloudelliselle tehokkuudelle panoksen koostumuksessa kaari-uunissa on luonteenomaista korroosiota kestävän jätteen laaja käyttö ja kromipitoisuuden täydennys vähemmän kalliilla FeCr-hiilitysaineella. Ni ja Mo täydennetään kaariuunissa vähemmän kalliilla ferroseoksilla (esi. NiO, MoO jne.) Loput metallipanoksesta muodostuu seostamattomista ja niukasti seostetuista jätteistä, jotka lasketaan Mn, FeMn-seostetun hiilitysaineen kanssa valusankoon. Alhainen fosforipitoisuus on erityisen tärkeä panosmateriaalien yhteydessä, koska de-sulfurointi ei ole mahdollista (tai vain korkean kromihäviön kustannuksella). Siten on suositeltavaa lisätä tunnettua, alhaisen C-, P-pitoisuuden omaavaa teräsjätettä panokseen. Rikkipitoisuus ei muodosta ongelmaa, koska desulfurointiolo-suhteet on määrätty puhallusta seuraavan pelkistysjakson aikana .

Kaariuunissa suoritetun sulattamisen jälkeen 0,3%:n C-pitoisuuden ja 0,1 - 0,15%:, Si-pitoisuuden aikaansaamiseksi 7 76381 vaaditaan happipuhallus pienenevällä putkella oven läpi, minkä aikana lämpötila voi nousta jopa 1680 - 1750°C:seen/ riippuen hapetettavien elementtien määrästä. Kuonan muodostavien materiaalien määrä ei saa ylittää 15 kg/t, FeSi ja Al-hiomapÖlyä voidaan käyttää pelkistykseen. Koska esillä olevassa tapauksessa kuona voidaan kuoria panoksesta kaatamalla kuonavaunu, kuonaa ei kuorita kaariuunissa, vaan kuona lasketaan eteenpäin laskemisen aikana, metallin ja kuonan tehokasta sekoittamista käytetään valusangossa kromipelkis-tystä varten. Laskulämpötila on 1660°C.

Kuonan kuorimakoneella tapahtuvan poiston jälkeen teräksen koostumus määritetään näytteenotolla ja lämpötila mitataan. Seostaminen on korjattava ennen puhallusta. Cr ja Mn on seostettava ylärajaan, Mo ja Nr alarajaan. Puhalluksen alku-lämpötila on määritettävä hapetettavien elementtien mukaisesti, niin että lopullinen puhalluslämpötila ei ylitä 1700°C:tta. Alkulämpötila, kun C = 0,3%, on 1600 - 1620°C.

Lopullisen puhalluslämpötilan säilyttämiseksi on Si:n alkuarvo 0,10 - 0,15% edullisin. Poltetun kalkin syöttö on järjestettävä vielä ennen puhallusta SiC^n epäedullisen vaikutuksen vähentämiseksi valusankoseinämään ja kuonan liukenemiseen Cr203*ssa (B = 2,5).

Happitarve on määritettävä jo mainitun laskentamenetelmän perusteella ja puhallus voidaan aloittaa saavutettaessa 13 300 - 16 000 Pa:n paine, jota seuraa tyhjöhöyrysuihkupum-pun käynnistys. Puhalluksen voimakkuus on aluksi 5, sitten 15 Nm^/min. Happiputken kärki pidetään 50 mm kylvyn alapuolella puhalluksen aikana. Tyhjön tarkastusreikä ja TV-kamera mahdollistavat vain likimääräisesti kylvyn tarkastuksen kehittyneiden kaasujen jälkipalamisen ja kuonan roiskumisen johdosta. Noin 2/3-osaa lasketusta happimäärästä puhalletaan 13 300 - 16 000 Pa:n paineessa maksimaalisessa induktiivisessa sekoituksessa, sitten jäljellä olevat 1/3-osaa lasketaan sisään 4000 - 5000 Pa:n paineessa maksimaalisessa induktiivisessa sekoituksessa ja argonkaasua puhalletaan 150 8 76381 l/min:n nopeudella kromi-"kuonapäällysteen" murtamiseksi ja metallikylvyn tyhjön mittaamisen lisäämiseksi.

C-hapetuksen nopeus vähenee puhalluksen lopussa, mikä näkyy rektiokammion paineenlaskussa, savukaasulämpötilan laskussa ja kaasujäähdytysjärjestelmän jäähdytysveden lämpötilavai-heen vähenemisessä. Tässä vaiheessa Ar-kaasun virtausvoimak-kuus on jo 180 1 min. Oikean päätepisteen yhteydessä lämpötila on 1680 - 1700°C. Saatettaessa loppuun happipuhallus kylvyn hiilipitoisuus on 0,03 - 0,05%, mutta hiilen edel-leenhapetusmahdollisuus on määrätty korkeassa tyhjössä tehokkaassa induktiivisessa sekoituksessa ja Ar-kaasulla tapahtuvassa huuhdonnassa.

Liuennut happi reagoi vielä sulatteessa läsnä olevan hiilen kanssa.

Kiehumisen jälkeen on pelkistysjakso. Lisäämällä CaO:ta, CaF2:ta, sitten FeSi:tä tapahtuu kuonan muodostus, sitten rinnakkaisesti kuonan pelkistyksen kanssa desulfurointi. 20 - 25 minuuttia 66 Pa:n tyhjössä pitäminen mahdollistaa oikein pelkistetyn nestemäisen kuonan muodostumisen, ja hiilen deoksidaatio tapahtuu samanaikaisesti. Emäksisyydellä tulee olla vähintään kaksi arvoa. Kokemuksen mukaisesti 97 - 98%:n Cr-tuotto voidaan saada menetelmällä pelkistyksen jälkeen, kun Cr2C>3 = 5 - 7 +.

Pelkistystä seuraa tarkka lämpötilan ja kemiallisen koostumuksen asetus, sitten panos siirretään valuun.

Niukkahiilisen seoksen valmistusmenetelmä on esitetty esimerkkinä seuraavassa taulukossa, joka sisältää teknologiset parametrit, jolloin panos on 81500 kg, valupaino 76700 kg, määrätty metallipanos 1062 kg ja kromin regenerointi 96,9%.

9 76381

Aika I Toiminnat (min)| j_^_______ V 1710gc_ Lasku UHP- ' · x _>c 0,26 MnO, 96 SiO, 18 S 0,021 P 0,030 16jO°C kaariuunista $ <j;r i5f80*Ni 10,33 Cu 0,17 -- --' 1400 kg FeCr 70 % /C=7,5/

Kuonan kuoriminen 20__ 1590°C _*C 0,39 SiO,10 Mn 1,01 P 0,032 S 0,017 - ^Cr 17,0 Ni 10,13

Kuumennus ' 200 kg CaO + 20 kg CaF2 40-- 1609°C___ p = 66 Pa ^ -- Raffinointi -^p = 14630 Pa, 0? « 5 iri/rain tyhjöstä _*p = 11000 Pa, 0^ sl5 nr/min 60 — . °2-«» ^ , p = 5320 Pa, 0_ = 15 m^/min p = 2660 Pa, 0^ = 15 nr/min

Op = 720 m3 ti ^ 80 !-> p = 67 Pa

Suurtyhj ö r-

Ct 4-0 i A7o Op _ 8 P = 67 Pa 1Q0 _ 10I<L_ C 0,01 SiO,02 S 0,015 P 0,033 Cr 15,90 "* Viimeistely |cf-Ni 10,48 Cu0,18 mumennin- h , _ „. .

yksikössä i> Fe^i 75 /# -- 700 kg Ni gran. 99 % 550 kg Fe Mr, af f. 91 % 2300 kg FeCr 70 % /C=0,06/ 120-- i— CaO + CaF2 C 0,03 Mnl,07 Si 0,43 S 0,016 P 0,033 140 -- Cr 16,90 Ni 10,67 i— AI + Si jauheinen kuonan pelkistys — 1521°C C 0,03 1-ln 1,08 Si 0,40 ? 0,032 Cr 17,9 <ξ---Ni 10,7 __ ’ohjavalu C 0,03 Si 0,40 Mn 1,06 P 0,032 S 0,016 iuuttimeen rn“^ ^r 1^,64 Ni 11,26 Cu 0,17 £ 170 ίο 7 6 3 81

Muut keksinnön mukaisen menetelmän yksityiskohdat on esitetty piirustusten yhteydessä, joka esittää tyypillisen kaasu-koostumuksen vaihtelun kaaviota puhalluksen ja puhdistus-keittämisen aikana.

Kaavio esittää selvästi hiilimonoksidi-, hiilidioksidi- ja happipitoisuuden vaihtelun savukaasussa teknologisten vaiheiden aikana.

Voidaan selvästi nähdä, että hiilimonoksidipitoisuus vähenee äkkiä ennen 20. minuuttia, samalla kun hiilidioksidi- ja happipitoisuus lisääntyy äkkiä samanaikaisesti. Tämä tarkoittaa selvästi, että puhallusputkea ei ole upotettu sulatteeseen. Siten putken syöttönopeutta vähennetään, jolloin mitatut arvot asettuvat jälleen sopivalle tasolle.

Hiilen päätepiste nähdään myös selvästi kaaviosta. Hiilimonoksidipitoisuus vähenee nopeasti, samanaikaisesti hiilidioksidi- ja happipitoisuus kasvaa puhallusprosessin loppua kohden. Tämä osoittaa selvästi hiilen päätepisteeseen.

Edellä olevaan perustuen on selvää, että keksinnön mukainen menetelmä saa aikaan ratkaisevasti uuden perustan happipu-halluksella tapahtuvalle raffinointiteknologialle ja tällöin se tarjoaa lähes rajattomat mahdollisuudet tällaisten teräs-tyyppien valmistuksessa.

Claims (3)

76381

1. Menetelmä alhaisen hiilipitoisuuden omaavien terästen valmistamiseksi puhaltamalla happea tyhjössä, jolloin teräksen laskun jälkeen suoritetaan kuonan kuoriminen, kuumennetaan, raffinoidaan tyhjössä, sitten viimeistellään ja valetaan ja happea syötetään puhallusputken kautta sulatteeseen, järjestelmän yksiköitä jäähdytetään jäähdytysveden avulla ja kehittyneet savukaasut poistetaan järjestelmästä, ja jolloin edelleen laskettaessa puhallusputkella happea ylhäältä sulate huuhdotaan argonilla alhaalta käsin, savukaasujen koostumusta ja lämpötilaa samoin kuin sisään päästetyn ja poistetun jäähdytysveden lämpötilaa mitataan jatkuvasti, ja näiden mittausarvojen mukaan ohjataan argonvirtauksen voimakkuutta ja käsittelyvaiheet suoritetaan saatujen mittaustulosten mukaisesti, tunnettu siitä, että happikaasu puhalletaan sulatteen kylvyn pinnan alle ja sulatetta sekoitetaan tällöin induktiivisesti perin pohjin argonhuuhtelun lisäksi, ja että lisäsäätösuureina mitataan kehittyneiden savukaasujen sekä sisään lasketun ja poistetun jäähdytysveden määrät.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu u siitä, että hapen puhallus lopetetaan, kun vähintään 90 % puhallusta varten lasketusta hapesta on laskettu sulatteeseen ja savukaasussa mitatun hiilimonoksidin määrä on laskenut alle 8 %:iin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puhallusputki upotetaan sulatteeseen nopeudella, joka vastaa putken kulutusta, ja kun savukaasussa läsnä olevan hiilidioksidin arvo äkkiä kasvaa savukaasun lämpötilan noustessa ja hiilimonoksidin arvo vähenee samanaikaisesti, silloin putken asema säädetään nopeasti kunnes hiilidioksidin ja hiilimonoksidin suhde on palautunut.