NO339256B1 - Fremgangsmåte for kontinuerlig støping av stålremser. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører støperaffinering/foredling av stål. Den har spesielt, men ikke bare, anvendelse når det gjelder støperaffinering av stål som skal støpes direkte i tynne stålremser i en kontinuerlig remsestøpemaskin.

Det er godt kjent å støpe metallremser ved kontinuerlig støping i en dobbel valsestøpe-maskin. I en slik prosess, føres smeltet metall mellom et par motsatt roterende horisontale støpevalser som er avkjølt slik at metallskallene som stivner på de rullende valseoverflatene bringes sammen ved "nippen" mellom den for å produsere et stivnet remseprodukt som leveres nedover fra nippen mellom valsene. Det smeltede metallet kan innføres inn i nippen mellom valsene via en trakt og en metalleveringsdyse lokalisert under trakten for å motta en strøm av metall fra trakten og for å rette strømmen inn i nippen mellom valsene, slik at det dannes et støpebasseng med smeltet metall støttet på støpeoverflatene til valsene umiddelbart over nippen. Dette støpebassenget kan avgrenses mellom sideplater eller demninger som blir holdt i inngrep med endene til valsene.

Dobbeltvalsestøping har blitt anvendt med noe suksess når det gjelder ikke-jernholdige metall som stivner hurtig ved avkjøling, for eksempel aluminium. Imidlertid har det vært problemer med å anvende denne teknikken på støping av jernholdige metaller. Et bestemt problem har vært tilbøyeligheten til jernholdige metaller og produsere faste inklusjoner som tetter igjen de svært små metallstrømningspassasjene som kreves i en dobbel valsestøpemaskin.

Anvendelsen av silisiummangan i støpeøsedeoksidasjon av stål ble praktisert ved støpe-blokkproduksjon i de tidligere dager med Bessemer stålfremstilling, og som sådan er likevektsrelasj onene mellom reaksjonsproduktet smeltet mangansilikater og restmangan, silisium og oksygen i løsning i stål, godt kjent. Imidlertid, ved utviklingen av teknologien for produksjonen av stålremser ved platestøping og påfølgende kaldvalsing, har silisium/mangan deoksidasjon generelt unngått, og det har blitt betraktet å være nødvendig å anvende aluminiumstett stål. I produksjonen av stålremser ved platestøping og påfølgende varmevalsing, etterfulgt ofte av kaldvalsing, produserer silisium/mangantettet stål en uakseptabel høy forekomst av sviller og andre feil som et resultat av en konsentrasjon av inklusjoner i et midtre lag av remseproduktet.

I den kontinuerlige støpingen av stålremser i en dobbel valsestøpemaskin, er det ønskelig å generere en fint styrt strømning av stål med konstant hastighet langs lengden av støpevalsene for å oppnå tilstrekkelig hurtig og jevn avkjøling av stålet over støpe-overflatene til valsene. Dette krever at det smeltede stålet er nødt til å strømme igjennom svært små strømningspassasjer i ildfaste materialer i metalleveringssystemet under forhold der det er en tendens til at faste inklusjoner kan separeres ut og tette igjen de små strømningspassasjene.

Etter et utstrakt program av remsestøping med forskjellige kvaliteter av stål i en kontinuerlig remsevalsestøpemaskin, har vi fastslått at konvensjonelle aluminiums-tettede karbonstål eller delvis tettede stål med et aluminium restinnhold på 0,01 % eller mer generelt ikke kan støpes tilfredsstillende siden faste inklusjoner samler seg og tetter igjen de fine strømningspassasjene i metalleveringssystemet slik at det dannes feil og diskontinuiteter i det resulterende remseproduktet. Dette problemet kan takles ved kalsiumbehandling av stålet for å redusere de faste inklusjonene, men dette er kostbart og krever fin kontroll, noe som øker kompleksiteten til prosessen og utstyret. På den annen side, har en funnet at det er mulig å støpe remseprodukt uten sviller og andre feil normalt forbundet med silisium/mangantettede stål siden den hurtige størkningen/ stivningen som oppnås i en dobbel valsestøpemaskin unngår genereringen av store inklusjoner og den doble valsestøpingsprosessen resulterer i at inklusjonene blir jevnt fordelt over remsen fremfor at de konsentreres i et midtre lag. Videre er det mulig å justere silisium- og manganinnholdene slik at det produseres flytende deoksidasjons-produkter ved støpetemperaturen for å minimalisere agglomerings- og tilstoppings-problemer.

I publikasjonen «Fundamentals of Steelmaking» av Turkdogan publisert av The Institute of Metals, fremgår det at stål i en støpeøse kan raffineres ved oppvarming med påfølgende smelting hvorpå det smeltede stålet innehar karbon, mangan og silisium, og det utsettes for en omrøring ved innsprøyting av argongass.

Publikasjonen "Physiochemical properties of molten slag and glasses", av Turkdogan publisert av The Metals Society, omtaler hvordan det kan oppnås et stål med lav svovelinnhold ved at det smeltede stålet innehar karbon, mangan og silisium og det utsettes for en omrøring ved innsprøyting av argongass.

I konvensjonell silisium/mangandeoksidasjonsprosesser, har det ikke vært mulig å senke frie oksygennivåer i det smeltede stålet i samme grad som det kan oppnås med aluminiumdeoksidasjon og dette har igjen inhibert avsvovlingen. For kontinuerlig remsestøping er det ønskelig å ha et svovelinnhold av størrelsesorden på 0,009 % eller mindre. I konvensjonelle silisium/mangandeoksidasjonsprosesser i støpeøsen, er avsvovlingsreaksjonen svært sakte og det blir upraktisk å oppnå avsvovling til slike lave nivåer, spesielt i det tilfellet der stålet produseres ved den elektriske lysbueovnruten (electric are furnace, EAF) ved anvendelse av skrap med kommersiell kvalitet. Slikt skrap kan typisk ha et svovelinnhold i området 0,025 % til 0,045 % ved vekt. Den foreliggende oppfinnelsen muliggjør mer effektivt deoksidasjon og avsvovling i et silisium/mangantettet stål og raffinering av høysvovelstål i et silisium/mangantettet regime for å produsere lavsvovelstål egnet for kontinuerlig tynnremsestøping. Den foreliggende oppfinnelsen er definert av det selvstendige krav 1.

Ifølge en illustrativ utførelsesform av oppfinnelsen er det frembragt en fremgangsmåte for raffinering av stål i en ståløse, innbefattende oppvarming av en ståltapping og slaggdannende materiale i en støpeøse for å danne smeltet stål dekket med et slagg inneholdende silisium, mangan og kalsiumoksider, og omrøring av det smeltede stålet ved innsprøyting av en inert gass inn i det for å forårsake silisium/mangandeoksidasjon og avsvovling av stålet for å produsere et silisium/mangantettet smeltet stål som har et svovelinnhold på mindre enn 0,01 vekt %.

Det smeltede stålet kan ha et fritt oksygeninnhold på ikke mer enn 30 ppm under avsvovlingen.

Det frie oksygeninnholdet under avsvovlingen kan for eksempel være av størrelses-orden på 12 ppm eller mindre.

Den inerte gassen kan for eksempel være argon.

Den inerte gassen kan injiseres inn i en bunndel av det smeltede stålet i ståløsen med en hastighet på mellom 0,35 scf/min til 1,5 scf/min pr tonn stål i ståløsen for å produsere en sterk omrøringsvirkning som fremmer effektiv kontakt mellom det smeltede stålet og slagget.

Den inerte gassen kan injiseres inn i det smeltede stålet igjennom en injektor i bunnen av ståløsen og/eller gjennom minst en injeksjonslanse.

Det smeltede stålet kan ha et karboninnhold på 0,001 vekt % til 0,1 vekt %, et manganinnhold i området 0,1 vekt % til 2,0 vekt % og silisiuminnhold i området 0,1 vekt % til 10 vekt %.

Stålet kan ha et aluminiuminnhold i størrelsesorden 0,01 vekt % eller mindre. Aluminiuminnholdet kan for eksempel være så lite som 0,008 vekt % eller mindre.

Det smeltede stålet produsert ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan støpes i en kontinuerlig tynn remsestøpemaskin til tynn stålremse på mindre enn 5 mm tykkelse.

Oppvarming av ståløsen kan utføres i en metallurgisk ståløseovn (ladle metallurgical furnace, LMF). LMF'en kan ha flere funksjoner innbefattende: 1. Oppvarming av det flytende stålet i ståløsen til den påkrevde utgangstemperaturen som er egnet for påfølgende behandling slik som en kontinuerlig støpeoperasjon. 2. Justere stålsammensetningen til de spesifikke kravene til den følgende prosessen. 3. Oppnå reduksjon i svovelinnholdet i stålet for å sikte mot det endelige svovelinnholdet.

4. Oppnå termisk og kjemisk homogenitet i det flytende stålbadet.

5. Agglomering og flotasjon av oksidinklusjoner og deres påfølgende innfanging og bibeholdelse i raffineringsslagget.

I en konvensjonell metallurgisk ståløseovn, kan oppvarmingen oppnås ved elektriske lysbueoppvarmere. Det flytende stålet må dekkes med en raffineringsslaggvekt og en omrøring med dempet kraft er påkrevd for temperaturhomogenitet. Dette oppnås ved elektromagnetisk omrøring eller passende argonbobling. Vekten og tykkelsen til slagget er tilstrekkelig til å innelukke de elektriske lysbuene, hvis komposisjon og fysiske egenskaper (det vil si fluiditet) er slik at slagget innelukker og fastholder svovel og fast og flytende oksidinklusjoner som resulterer fra deoksidasjonsreaksjoner og/eller reaksjon med atmosfærisk oksygen.

Det smeltede stålet kan omrøres ved innsprøyting av inert gass slik som for eksempel argon eller nitrogen for å lettgjøre slagg-metall-blandingen i ståløsen og avsvovlingen av stålet. Typisk kan den inerte gassen innsprøytes gjennom en permeabel ildfast spylingsplugg lokalisert i bunnen av støpeøsen eller igjennom en lanse. Vi har nå fastslått at hvis uvanlig sterk eller kraftig omrøringsvirkning oppnås, for eksempel ved innsprøyting av argon gjennom en lanse som er dyppet ned i stålet, i forbindelse med et slaggregime som er rikt på CaO, er det mulig å oppnå bemerkelsesverdige ikke-likevektsresultater slik som svært lave stålfri oksygennivåer med silisium deoksidasjon. Spesielt er det mulig hurtig å oppnå frie oksygennivå i størrelsesordenen 10 ppm i motsetning til et forventet resultat på 50 ppm. Dette lave frie oksygennivået muliggjør mer effektiv avsvovling og det blir mulig å oppnå svært lave svovelnivåer i et silisium/ mangantettet stål.

Spesielt har vi fastslått at ved å innsprøyte argon gjennom en lanse/lansett ved strømningshastigheter på 0,35 scf/min til 0,5 scf/m pr tonn smeltet stål med et væske-slagg som har et høyt innhold av CaO er det mulig å oppnå fri oksygen i et silisium/ manganregime ved 1600 °C eller mindre enn 12 ppm og så lite som 8 ppm for hurtig å oppnå avsvovling til svovelnivåer under 0,009 %. Det antas at den kraftige omrøringen av det smeltede metallet fremmer blanding mellom væskeslagget og stålet og fremmer fjerning av Si02, som er produktet av reaksjonen mellom silisium med fritt oksygen i stålet, derved fremmes fortsettelse av silisium deoksidasjonsreaksjonen for å produsere lave frioksygennivåer, som mer konvensjonelt forventes med aluminiumdeoksidasjon.

Ved avslutningen av avsvovlingstrinnet, kan slagget fortykkes for å forhindre reversjon av svovel tilbake til stålet, og så innsprøytes oksygen inn i stålet for å øke det frie oksygeninnholdet til 50 ppm for å produsere et stål som er lett støpbart i en dobbel valsestøpemaskin.

For å forklare oppfinnelsen mer fullstendig, vil en illustrativ utførelsesform av oppfinnelsen bli beskrevet med henvisning til den medfølgende tegningen, som er et delvis snitt fra siden av en metallurgisk støpeøseovn.

I en illustrativ utførelsesform av oppfinnelsen, oppvarmes en stålmasse og slaggdannende materiale og raffineres i en støpeøse 17 ved anvendelse av en LMF 10 for å danne et smeltet stålbad dekket av et slagg. Slagget kan inneholde, blant annet, silisium, mangan og kalsiumoksider. Det henvises til figuren, støpeøsen 17 støttes på en støpevogn 14, som er utformet til å bevege støpeøsen fra LMF'en til langs fabrikk-gulvet 12 til en dobbel valsestøpemaskin (ikke vist). Stålmassen, eller badet oppvarmes i støpeøsen 17 av en eller flere elektroder 38. Elektrode 38 støttes av en ledende arm 36 og en elektrodekolonne 39. Den ledende armen 36 støttes av elektrodekolonnen 39 som er bevegebart anbragt inne i støttestrukturen 37. Strømledende arm 36 støtter og kanaliserer strøm til elektrode 38 fra en transformator (ikke vist). Elektrodekolonnen 39 er utformet til å bevege elektroden 38 og ledende arm 36 opp, ned, eller om den langsgående aksen til kolonne 39. Under drift, når kolonne 39 senkes, senkes elektroden 38 gjenom en åpning (ikke vist) i ovndekselet eller avgass 34 og en åpning (ikke vist) i ovnlokket 34 inn i støpeøsen 17 og under slagget for å oppvarme metallet inne i støpeøsen 17. Hydrauliske sylindere 33 beveger lokket 32 og dekselet 34 opp og ned fra opphevet posisjon til den operative senkede posisjon, der lokket 32 er anbragt på støpeøsen 17. Varmeskjold 41 beskytter elektrodestøtten og regulerer komponentene fra varmen generert av ovnen. Hvis kun en elektrode 38 er vist, skal det forstås at tilleggselektrode 38 kan frembringes for varmeoperasjoner. Forskjellige ovnskomponenter, slik som for eksempel lokket 32, løftesylinderen 33, og den ledende armen 36 er vannavkjølt. Andre egnede avkjølingsmidler og kjølingsteknologier kan også anvendes.

En omrøringslanse 48 er bevegbart montert på lansestøttekolonne 46 via støttearm 47. Støttearm 47 glir opp og ned kolonne 46, og roterer rundt den langsgående aksen 46 slik at lanse 48 kan svinges over støpeøsen 17, og så senkes lansen 48 ned gjennom åpningene (ikke vist) i dekselet 34 og lokket 32 for innføring inn i støpeøsebadet. Lansen 48 og støttearmen 47 er vist med stiplede linjer i opphevet posisjon. En inert gass, slik som for eksempel argon eller nitrogen bobles igjennom omrøringslanse 48 for å røre om eller sirkulere badet for å oppnå en homogen temperatur og sammensetning og for å forårsake deoksidering og avsvovling av stålet. Alternativt kan de samme resultatene oppnås ved å boble den inerte gassen gjennom en ildfast plugg (ikke vist) slik som en isotrop porøs eller kapillær plugg, utformet i bunnen av støpeøsen 17. Omrøringen kan også utføres gjennom elektromagnetisk omrøring, eller andre alternative fremgangsmåter, i forbindelse med innsprøytingen av en inert gass.

Stålkjemien er slik at det produseres et slaggregime som er rikt på CaO. Innsprøytingen av inert gass, slik som for eksempel argon eller nitrogen, for omrøring produserer et svært lavt fritt oksygennivå med silisiumdeoksidasjon og følgende avsvovling til et svært lavt svovelnivå. Slagget fortykkes så med kalktilsetting for å forhindre reversjon av svovelet tilbake til stålet og oksygen innsprøytes inn i stålet, ved anvendelse av for eksempel en lanse, for å øke det frie oksygeninnholdet til en størrelsesorden på omtrent 50 ppm for å produsere et stål som er lett støpbart i en dobbel valsestøpemaskin. Det stålet leveres så til en dobbel valsestøpemaskin og støpes til tynne stålremser. Forbindelsene som skal fjernes under raffinering vil reagere med det frie oksygenet til å danne oksider, slik som Si02, MnO og FeO, som vil vandre til slagget.

Resultatene fra en test av den illustrerte fremgangsmåten utført i en støpeøse med en kapasitet på 120 tonn i en LMF med argongassinnsprøyting gjennom en nedsenket lanse er beskrevet i den følgende tabell 1. Som en kan se ut fra resultatene i tabell 1 ble svovelnivået initielt redusert til 0,008 % før tilsetning at 10001b kalk for å fortykke slagget for slaggseparasjon, men en liten reversjon til 0,01 % skjedde under slaggfortykningsprosessen.

Som nevnt ovenfor, når enkelt karbonstål støpes direkte til tynne remser ved dobbel valsestøping, er det mulig å anvende silisium/mangantettet stål som har et svovelinnhold på mindre enn 0,01 vekt %. Det vil ses ut fra testresultatene ovenfor at dette enkelt kan oppnås ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen. Støping kan så utføres i en dobbel valsestøpemaskin av typen fullstendig beskrevet i US-patentene 5 184 668 og 5 277 743 for å produsere en remse med en tykkelse på mindre enn 5 mm, for eksempel av størrelsesorden 1 mm tykkelse eller mindre.

Mens oppfinnelsen har blitt vist og beskrevet i detalj i tegningene og den foregående beskrivelsen, skal disse betraktes å være illustrative og ikke av en begrensende karakter, det skal forstås at kun de foretrukne utførelsesformene har blitt vist og beskrevet og at alle endringene og modifikasjoner som kommer innenfor omfanget til oppfinnelsen ønskes å bli beskyttet.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlige støping av stålremser i en dobbel valsestøpemaskin, der fremgangsmåten innbefatter raffinering av stål i en støpeøse, innbefattende oppvarming av stålmassen og slaggdannende materiale i en støpeøse for å danne smeltet stål dekket av et slagg inneholdende silisium, mangan og kalsiumoksider,karakterisert vedomrøring av det smeltede stålet ved innsprøyting av en inert gass inn i det for å forårske silisium/mangan dekosidasjon og avsvovling av stålet for å produsere et silisium/mangantettet smeltet stål som har et svovelinnhold på mindre enn 0,01 vekt % og har et fritt oksygeninnhold på ikke mer enn 20 ppm, hvori der ved avslutning av avsvovlingen, slagget er fortykket for å forhindre reversjon av svovel inn i stålet og oksygen innsprøytes inn i stålet for å øke det frie oksygeninnholdet av det til omtrent 50 ppm, og produsere et stål som har et svovelinnhold på mindre enn 0,01% vekt og et aluminium innhold på 0,01% vekt eller mindre, og så levere stålet til en dobbel valsestøpemaskin og støpe stålet i tynne stålremser.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat slagget fortykkes ved tilsetning av kalk.

3. Fremgangsmåte ifølge et krav 1 eller 2,karakterisertved at det smeltede stålet har et karboninnhold i området 0,001 vekt % til 0,1 vekt %, et manganinnhold i området 0,1 vekt % til 2,0 vekt % og et silisiuminnhold i området 0,1 vekt % til 10 vekt %.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat den inerte gassen innsprøytes inn i en bunndel av det smeltede stålet i ståløsen med en hastighet på mellom 0,61 til 2,61 Nm<3>/t pr tonn stål i ståløsen for å produsere en sterk omrøringsvirkning som fremmer effektiv kontakt mellom det smeltede stålet og slagget.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene,karakterisert vedat aluminiuminnholdet til det avsvovlede stålet etter oksygen innsprøytingen er 0,008 vekt % eller mindre.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat svovelinnholdet til det avsvovlede stålet etter oksygen innsprøytingen er mindre enn 0,009 %.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat det frie oksygeninnholdet under avsvovlingen er omtrent 12 ppm eller mindre.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den inerte gassen er argon.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7,karakterisert vedat den inerte gassen er nitrogen.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat i det minste en del av den inerte gassen innsprøytes inn i det smeltede stålet igjennom en injektor i bunnen av ståløsen.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat i det minste en del av den inerte gassen innsprøytes/injiseres inn i det smeltede stålet gjennom minst en injeksjonslanse som strekker seg nedover inn i bunndelen av metallet i støpeøsen.