FI97626C - Menetelmä ruostumattoman teräksen valmistamiseksi - Google Patents

Description

97626

Menetelmä ruostumattoman teräksen valmistamiseksi Förfarande för att tillverka rostfritt stal

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään alhaisen hiilipitoisuuden omaavan ruostumattoman teräksen tuottamiseksi, missä menetelmässä kaasumaista happea puhalletaan kattilassa olevaan terässulaan ja missä sekoitustoiminto saadaan aikaiseksi puhaltamalla sisään inerttiä kaasua.

SE-A-435936 julkaisusta on tunnettua 0,03 prosenttia alhaisemman hiilipitoisuuden aikaansaamiseksi raffinoida kromia sisältävää terästä puhaltamalla kaasumaista happea kattilassa olevaan terässulan päälle tai sen sisään, jolloin sekoitus-toiminto saadaan aikaiseksi puhaltamalla sisään inerttiä kaasua. Tässä menetelmässä ensimmäinen raffinointivaihe toteutetaan käyttämällä ilmakehän paineessa olevaa kaasumaista happea kunnes hiilipitoisuus on laskenut välille 0,2 - 0,4 prosenttia ja toinen raffinointivaihe toteutetaan mainitussa kattilassa jatkamalla sulan sekoittamista inertillä kaasulla, mutta keskeyttämällä kaasumaisen hapen syöttäminen. Tällä tavalla sulatuskylvyn yläpuolella oleva paine on keskeytyksettä laskettu arvoon 10 torr (» 1,33 KPa) tai sen alle.

Julkaisusta Canadian Metallurgical Quarterly, voi 10, No. 2, s. 129 - 136 (Choulet, R J et ai) on tunnettua tuottaa ruostumatonta terästä prosessoimalla korkeahiilistä raakaterästä happikaasun ja inertin kaasun seoksen kanssa. Prosessin mello-tusvaiheen aikana sulaan puhalletaan kaasumaisia seoksia ja happikaasun ja inertin kaasun suhdetta muutetaan progressiivisesti happirikkaasta seoksesta happilaihaan seokseen raakate-räksen hiilipitoisuuden alentuessa. Menetelmä tunnetaan AOD: nä, Argon Oxygen Decarburization.

Viimeksimainitusta viitejulkaisusta on lisäksi tunnettua, että jatkuvasti vaihdetut happi/argon osuudet argonin käytön minimoimiseksi voidaan approksimoida kahden tai useamman vaiheit- 2 97626 täisen kaasusuhteiden muutoksen avulla.

Tällainen prosessi voidaan aloittaa kaasumaisella seoksella, joka sisältää neljä osaa happikaasua ja yhden osan inerttiä kaasua, eli 4/1 kaasumaisella seoksella. Raakateräksen hiilipitoisuus prosessin alussa on välillä 1 ja 1,5 %. Kun raakateräksen hiilipitoisuus on laskenut noin 0, 8 %: iin, happikaasu/ inerttikaasu suhde muutetaan 3/1: een ja sen jälkeen peräkkäisesti 1/1: een ja lopulta 1/3: een puhalluksen lopussa, jolloin teräksen hiilipitoisuus on laskenut alle 0,2 %: in. Tämä seos-suhde pidetään sen jälkeen yllä kunnes hiilenpoisto on saatettu loppuun, missä vaiheessa hiilipitoisuuden tulisi olla pudonnut 0, 04 %: iin.

Hiilen lisäksi myös kromia hapettuu puhallusprosessin aikana. Tämä kromin hapettuminen on haitallista, sillä kromi joudutaan regeneroimaan pelkistämällä kromioksidi piillä. Pii on kallis lejeerausaine. Prosessin tehokkuutta voidaan mitata kulutetun piin määrällä.

Happikaasun ja inertin kaasun välisen seossuhteen muutoksen päämäärä on kromin hapettumisen välttäminen niin hyvin kuin se on mahdollista. Tämä voidaan saavuttaa vain osittain toiminta-olosuhteiden aikana ja niin muodoin osa kromista aina hapettuu, mistä on seurauksena piin kulutusta kromioksidin pelkistämiseksi.

Happikaasun ja inertin kaasun vaihtelevat seossuhteet aiheuttavat hankaluuksia ja ajanmenetyksiä mellotusprosessin aikana.

On esimerkiksi välttämätöntä keskeyttää prosessi ja tarkistaa sulakylvyn hiilipitoisuus, jotta oikea käytettävä seossuhde saadaan varmistettua. Konventionaaliset keskeytykset ja näyt-teenottoprosessit pidentävät prosessiaikaa, kasvattavat näytte-ytys- ja analysointikustannuksia ja lisäksi lisäävät lämpö-häviötä, jota tapahtuu prosessin aikana. On ehdotettu, että suoritetaan kokeita kylvyn hiilipitoisuuden kalkyloimiseksi kalliita analysointi-instrumentteja käyttämällä ilman että 3 97626 prosessia keskeytetään näytteiden ottamiseksi ja näytteiden analysoimiseksi. Vaikkakin nämä kalkyloinnit saavuttavat halutun tuloksen, tässä yhteydessä vaadittava instrumentointi monimutkaistaa valmistusporosessia ja tämänjohdosta myös johtaa suurempiin kustannuksiin instrumentti-investoinneissa ja ylläpidossa.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan mellotus-prosessi ruostumattoman teräksen valmistukseen, missä happi-kaasua ja inerttiä kaasua käytetään ilman että seossuhdetta muutetaan hiilipitoisuuden funktiona. Hapettuvan kromin määrä on yhtä alhainen kuin se kromin hapettumisen taso, mikä tapahtuu konventionaalisessa menetelmässä, missä käytetään vaihtele-via happikaasu/inertti kaasu -seossuhteita.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti mellotusprosessi toteutetaan yhdellä ainoalla seossuhteella, esimerkiksi neljä osaa happikaasua ja yksi osa inerttiä kaasua seosuhteella eli 4/1.

Tämä sesosuhde ylläpidetään kunnes hiilipitoisuus on laskenut alhaisiin arvoihin, esimerkiksi arvoon 0,2 %. Täten sama seos-suhde on käytössä poistettaessa hiiltä 1, 5 %: sta 0, 2 %: iin. Tämän periodin aikana puhalletaan huomattavia määriä inerttiä kaasua kylpyyn lyhyissä aikaperiodeissa. Nämä periodiset iner-tin kaasun injektiot kylpyyn johtavat yleisesti samaan hiilen-poistoprosessiin kuin mitä on saavutettu muutetuilla seossuh-teilla, joita on sovellettu konventionaalisten tekniikoiden yhteydessä.

Lyhyet inertin kaasun injektointiperiodit voivat tapahtua ennaltamäärätyllä periodisuudella, esimerkiksi kaksi minuuttia inerttikaasun injektointia viiden minuutin intervalleissa. Inertin kaasun puhallus- tai injektointiperiodit ovat ennalta-määrättyjä ja riippumattomia kylvyn hiilipitoisuudesta ja tämän seurauksena prosessia voidaan jatkaa ilman tarvetta prosessin keskeytykselle näytteiden ottoa ja mainittujen näytteiden analysointia varten. Keksinnön mukaisesti meneteltäessä hapettuneen kromin määrä tulee ennemminkin pienemmäksi 4 97626 kuin suuremmaksi ja prossessointiaika tulee lyhyemmäksi ja tuottavuus näinollen korkeammaksi.

Esillä olevan keksinnön mukaisen ja konventionaalisen menetelmän välinen ero on huomattava ja lisäksi olennainen. Konventionaalisen menetelmän mukaisesti kromi suojataan hapettumista vastaan muutetuilla seossuhteilla. Kromin hapettumista hillitään peräkkäisillä seoksilla, jotka ovat progressiivisesti happipitoisuudeltaan laihempia samalla kun hiilen hapettumista edistetään. Täten konventionaalisen menetelmän mukaisesti inertin kaasun tarkoitus on edistää hiilen hapettumista verrattuna kromin hapettumiseen.

Esillä oleva keksintö perustuu kokonaan erilaisen mekanismin käyttöön. Periodisesti toistettavat inertin kaasun injektoin-nit kylpyyn johtavat kemialliseen reaktioon kylvyssä läsnäolevan hiilen ja kromiin kromioksidin muodossa sitoutuneen hapen välillä. Täten hiili pelkistää kromioksidin inerttikaasun sulaan injektoinnin aikana.

Tämä selittäisi sen yllättävän seikan, että prosessi voidaan suorittaa ilman happikaasu/typpikaasu-suhteen muuttamista kylpyyn puhallettavassa kaasumaisessa seoksessa. On kuitenkin mainittava, että tätä selitystä ei tule pitää tieteellisenä totuutena. Toinen selitys voi olla, että konventionaalinen menetelmä, joka hyödyntää vaihtelevia happikaasu/inerttikaasu -suhteita on yksinkertaisesti tarpeeton ja voidaan näinollen jättää pois ilman vakavaa haittaa.

Käytännössä merkittävin ero keksinnön mukaisen menetelmän ja konventionaalisen menetelmän välillä on kuitenkin löydettävissä suuremmasta tehokkuudesta, joka saavutetaan esillä olevan keksintöä käytäntöön sovellettaessa, erityisesti koska hapen ja inertin kaasun välisen seossuhteen muutosprosessia tietyillä hiilipitoisuuksilla, mihin sisältyy prosessin pysäyttäminen, näytteenotto ja pidennetyt odotusajat, ei voida aina suorittaa tyydyttävällä tarkkuudella, huolimatta käytetystä 5 97626 ajasta ja kalliisiin mittausinstrumentteihin tehdyistä investoinneista.

Esimerkki 1

Raakateräksen analyysi oli seuraava (%): C Si Mn Cr Ni 1,21 0, 31 1,13 17, 21 8,95

Sulatettu raakateräs käsiteltiin 5 tonnin konvertterissa puhaltamalla happikaasua ja typpikaasua kylpyyn. Käsittelyprosessi suoritettiin kolmessa vaiheessa: Ensimmäisessä vaiheessa käy tettiin neljää osaa happi- ja yhtä osaa typpikaasua ja sen jälkeen yhtä osaa happi- ja yhtä osaa typpikaasua ja lopulta seosta, joka sisälsi yhden osan happea ja kolme osaa argonia.

Eri vaiheiden väliset vaihtopisteet perustuivat hiilipitoisuuksiin 0,53 % C ja 0,18 % C. Lopullinen hiilipitoisuus oli 0,041 %.

Käytetty aika:

Vaihe 1 32 min.

Vaihe 2 9 min

Vaihe 3 12 min.

Näyte 1 5 min.

Näyte 2 4 min.

; Näyte 3 5 min.

Pelkistys, sisältää kuonanpoiston 17 min.

Asetus 11 min.

Ulos j uoksutus 3 min.

Yhteensä 98 min.

Materiaalin kulutus:

Happikaasua 29,04 Nm3/t

Typpikaasua 18, 10 "

Argonia 10,07 "

Piitä 20,32 kg/t

Kalkkia 70,28 6 97626

Esimerkki 2

Raakaterästä käsiteltiin 5 tonnin konvertterissa. Teräksen analyysi oli seuraava (%): C Si Mn Cr Ni 1,24 0, 37 1,32 18, 3 9,01 Käsittelyprosessi suoritettiin esillä olevan keksinnön mukaisesti. Aluksi sulakylpyyn puhallettiin (injektoitiin) kaasu-seosta, joka sisälsi neljä osaa happikaasua ja yhden osan typpikaasua. 7 minuuttia puhalluksen aloittamisen jälkeen puhallettiin kylpyyn typpikaasua 30 sekunnin puhallusperiodin ajan typpikaasun virtausnopeuden saavuttaessa arvon 0,81 Nm3/min. , tonnille. Tämän jälkeen jatkettiin neljän osan happikaasua ja yhden osan typpeä injektoimista kylpyyn. 12 minuutin kokonaispuhallusajan jälkeen typpikaasua injektoitiin tai puhallettiin kylpyyn 30 sekunnin puhallusperiodin ajan, jolloin saavutettiin virtaustaso 0,81 Nm3/min. , tonnille. Typpikaasun inj ektointiperiodi toistettiin tämän jälkeen 5: n minuutin intervalleissa. Kaikkiaan suoritettiin kuusi typen puhallusperiodia. Hiilinäyte otettiin 38 minuutin puhallusajan jälkeen ja sen todettiin sisältävän 0,17 % hiiltä. Tämän jälkeen kylpyyn puhallettiin ainoastaan argonia 7 minuutin puhalluspe-• riodin ajan argonivirtauksen saavuttaessa arvon 0,73 Nm3/min. tonnille. Lopullinen hiilipitoisuus oli 0,039 %.

Käytetty aika:

Vaihe 1, sisältää typen puhallukset 38 min.

Vaihe 2 12 min.

Näyte 1 5 min.

Pelkistys, sisältää kuonanpoiston 18 min.

Asetus 11 min.

Ulos juoksutus 4 min.

Yhteensä 88 min.

7 97626

Materiaalin kulutus:

Happikaasua 27,22 Nm3/t

Typpikaasua 17, 10 "

Argonia 11,02 "

Piitä 18,02 kg/t

Kalkkia 62,31

Kahdesta esimerkistä voidaan nähdä, että keksinnön mukaisella menetelmällä saavutettiin 10 minuutin ajansäästö, mikä vastaa tuottavuuden kasvua noin 10 %:11a. Keksinnön mukainen menetel mä johtaa lisäksi alhaisempaan piin kulutukseen, kun taas muut kulutusarvot ovat yleisesti samoja.

Täten esimerkeistä voidaan nähdä, että keksinnön mukainen menetelmä johtaa tuottavuuden kasvuun ja lisäksi materiaalien alhaisempaan kulutukseen.

Tämän dokumentin selityksessä ja patenttivaatimuksissa on viitattaessa happirikkaaseen kaasuun tarkoitettu esillä olevan keksinnön mukaisesti kaasumaista seosta, joka sisältää ainakin 15 tilavuusprosenttia happea lopun sisältäessä inerttiä kaasua, kuten esimerkiksi typpeä tai argonia. Kaasumainen seos sisältää edullisesti ainakin 70 % happea. Edullinen happialue on 75 - 90 %. Inertillä kaasulla tarkoitetaan kaasumaista ! seosta, joka sisältää ainakin 70 tilavuusprosenttia inerttiä kaasua, esim. typpeä. Edellisen määritelmän mukaisesti myös ilmaa voidaan pitää inerttinä kaasuna. Käytetty inertti kaasu sisältää ainakin 90 %, erityisesti ainakin 99 % inerttiä kaasua, kuten esimerkiksi argonia tai typpeä.

Claims (9)

97626 Patenttivaatimuks et

1. Menetelmä ruostumattoman teräksen tuottamiseksi, missä korkeahiilistä raakaterästä käsitellään ensimmäisessä vaiheessa kaasumaisella happea ja inerttiä kaasua sisältävällä seoksella, minkä avulla teräksen hiilipitoisuutta alennetaan arvoon 0,2 - 0,1 %, ja jonka jälkeen toisessa vaiheessa teräs-kylpyyn syötetään ainoastaan inerttiä kaasua kunnes hiilipitoisuus on laskenut halutulle tasolle, tunnettu siitä, että terästä käsitellään ensimmäisessä vaiheessa vuorotellen happirikkaalla kaasulla ja inertillä kaasulla kunnes teräksen hiilipitoisuus on laskenut mainittuun arvoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että teräskylpy käsitellään ensimmäisessä käsittelyvaiheessa inertillä kaasulla aikaperiodin ajan, joka on 50 - 5 % siitä ajasta missä teräskylpyä käsitellään happirikkaalla kaasulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittely inertillä kaasulla toistetaan ensimmäisessä vaiheessa vakio aikaintervalleissa.

4. Yhden tai useamman patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inerttikaasukäsittely suoritetaan ensimmäisessä vaiheessa keskenään yhtämittaisten aikaperiodien aikana.

5. Yhden tai useamman patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happirikkaan kaasun happipitoisuus on vakio.

6. Yhden tai useamman patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happipitoisuus on ainakin 70 %, edullisesti 75 - 90 %. 97626

7. Yhden tai useamman patenttivaatimuksista 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä vaiheessa käytettävä inertti kaasu on typpeä.

8. Yhden tai useamman patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä vaiheessä käytettävä inertti kaasu on argonia.

9. Yhden tai useamman patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä vaiheessa käytettävä inertti kaasu on ilmaa. 97626