SE459738B - Saett vid framstaellning av staal med laag kolhalt i vacuum genom inblaasning av syrgas - Google Patents

Description

459 738 Kolet oxideras av syre som blåses genom en lans (vars längd minskas genom smältning) under det att badtemperaturen gradvis ökas (den överskrider l800°C). Raffineringen följes av slagg- reduktion. legering. avsvavling och chargen tappas när man når den lämpliga sammansättningen och temperaturen på badet.

Tillänpningsområdet för rostfria stål har avsevärt utvidgats under de senare åren. Det mest betydelsefulla användningsområ- det innefattar följande: kemisk industri. konstruktione- indnstri. nedicinska instrumentindustrin. nälsoapparater. tryckkärl. behållare. livsnedelsindustri. energi-. atomenergi- anordningar. etc. Framställningen av rostfria stål har plöts- ligt ökat eftersom antalet kärnkraftverk har ökat. De inre konstruktionselementen i värmereaktorerna i kontakt med det dyrbara materialet framställes av “ELC“-typ austenitiskt krom-nickelstål. Rostfria stål med superlåg kolhalt legerade med l t bor användes för särskilda ändamål inom atomindustrin.

Stålens kolhaltlär särskilt viktig med avseende på korrosions- motståndsförmåga. Interkristallin korrosion inträffar i de anstenitiska stålen med mer än 0.03 2 kolhalt om inte kolet i stålet bindes med titan eller niob. Stabiliseringen av kolet krävs ej under 0.03 t C emedan i detta fall strukturen består av ren austenit och ingen korrosionsprocess ej heller börjar i korngränserna.

Den selektiva koloxidationen är i hög grad signifikant för dessa förfaranden, så att koncentrationen av de verksamma legeringselementen ej minskas eller endast i en mindre nt- sträckning och överhettning av stålbadet ej äger run.

Under raffineringen av smältorna innehållande krom där kol- reaktioner enligt (C) + 1/2(O2) = (CO) eller 2(C) + (02) = (C02) föreligger alltid risk för cr-oxidation vid rostfria stålen - av termodynamiska och kinetiska skäl - enligt följande ekva- 459 738 tion: 2(Cr) + 3/2(02) = (Crzoa) Därmed näste processen regleras för att uppnå gynnsanna för- hållanden för den selektiva koloxidationen. Detta uppnås an- tingen med mycket hög badtenperatur (t > l800°C) eller ned mycket lågt tryck på CO gasen.

Den vanliga syrefasta stålproduktionen utnyttjar den mycket höga temperaturen i elektriska ljusbågsugnar. vilket emeller- tid ej var att föredraga med hänsyn till kostnad och produk- tivitet.

Under raffinering med syre under vakuum raffineras först av allt kolhalten med injícerat syre under vakuum och under olika tryck med början av något slag av mellanprodukt med avseende på stålfranställningen. där naturligtvis ej endast krom och nickel utan höga koncentrationer av andra element också kan förekomma (t.ex. framställning av manganstål).

Ehuru överhettningen av systemet ej kan förväntas under genom- förande av sådana förfaranden, händer det dock ganska ofta i praktiken. Skälet till detta är att den direkta regleringen av produktionsprocessen ej är möjlig. och till följd därav äger fullbordandet av raffineringen rum vid en uppskattad kolslut- punkt.

Vidare representeras osäkerheten av lansens okontrollerbarhet och genom de åtföljande överblåsningarna som ofta resulterar i badtemperaturer över l7S0°C.

Hed hänsyn till det ovanstående blir badet ofta överhettat och den eldfasta infodringen i ugnen blir ofta defekt. Infodrín- gens genomsnittliga livslängd var l till 2 charger.

Blåsningslansens minskning var vidare ganska överdriven och i allmänhet var en blâsníngslans ej tillräcklig för en hel charge. o-í *Ål Föreliggande uppfinning anvisar därmed ett sätt vid framställ- ning av stål med låg kolhalt i vakuum genom innläsning av syr- gas, varvid efter stålets tappning, avslaggning, värmning, färskning, raffinering och tappning under vakuum sker och sy- ret tillföres smältan genom en lans, systemets enheter kyles medelst kylvatten och de bildade avgaserna avledes ur syste- met, varvid vidare under loppet av den ovanifrän genomförda syretillförseln smältan underifrån genomspolas med argon, rök- gasernas sammansättning och temperatur liksom det tillförda och bortledda kylvattnets temperatur kontinuerligt mätes och beroende av dessa mätvärden argoninblåsningsintensiteten reg- leras och de tekniska respektive behandlingsstegen företages på grundval av de erhållna mätvärdena, vilket sätt utmärkes av att syret inblåses under smältans badyta och härvid för- utom argoninspolningen smältan induktivt genomblandas och av att som ytterligare regleringsenheter mängderna av avgående rökgaser och att tillförd och avledd kylvattenmängd mätes.

Temperaturen på avgaserna kan mätas med nickel-krom-nickel- termoelement och framför allt mätes kolmonoxiden, koldioxiden och syrehalterna bland avgasens komponenter.

Syrgasblâsningen avbrytes enligt uppfinningen då åtminstone 90% av den totala kalkylerade syrgasmängden för blàsningen redan införts i smältan och mängden kolmonoxid mätt i avgasen sjun- kit under 8%.

Läget för blåsningslansen kan också kontrolleras under genom- förande av uppfinningens sätt. Blâsningslansen nedsänkes i smältan med en hastighet svarande mot blåsningslansens för- brukning och då värdet på koldioxid i avgasen plötsligt ökar vid temperaturökning på avgasen och värdet på kolmonoxiden sjunker samtidigt, omjusteras lansen med ökad hastighet tills förhållandet C02/CO âterställes. Med sättet enligt uppfinnin- gen kan pålitlig och effektiv framställning av rostfria stål med mycket låg kolhalt uppnås. Efter blåsningens fullbordan är det tillrådligt att genomföra kol-syre-desoxidation under 459 738 högt vakuum, där tiden för denna desoxidation bestämmes av den slutliga kolhalten som skall uppnås. Detta paverkas av variation i argontillförselintensiteten.

Sättet är också lämpat för framställning av särskilda kvali- tetsstål. Sådana är t.ex. de följande: - stål med kolhalt mindre än 0,03%. När det gäller rostfria stål kan de stabiliserande legeringselementen undvaras, vilket utgör en ekonomisk fördel; - superferritiska stål innehållande (C) + (N) 3 120 ppm, Cr~18æ'och Moa/2% eller Cr^J25% och Mo»J1%, vars ekonomiska effektivitet representeras av ersättning av Ni-metallen; - Fe-Cr-Al-typ av stål med superlåg svavelhalt för motstånds- värmningselement; - martensitåldrande (maraging) stål; - nickelbaserade legeringar (t.ex. 50% Ni, 18% Cr, 1% Si) av skrot,legeringar och den metalliska kromen föres in i lege- ringen med ferrokromuppkolning. Förfarandet medför betydelse- full besparing jämfört med uppbyggnad av legeringen från me- -tallkomponenterna i induktionsugn; - de för närvarande framställda värmehållfasta stålen (t.ex.

Ni = 36%, Cr = 16%, Si = 2%) och manganstål (mera ekonomiskt som resultat av den mindre dyrbara chargen och bättre kvali- teten: mindre inneslutningar och mindre gashalt); - kvävemikrolegering är även möjlig genom kväveblàsning genom porös sten; - gjutgods (Pelton impulshjul) innehållande Cí0,003%, Crfv13%, Niv4%; - grundmaterial till generator-och transformatorplât med su- perlâg kolhalt och med hög inre renhet.

Ytterligare fördel med sättet enligt uppfinningen är att det medger helt automatisk datareglering av processen. Detta in- nefattar ej endast reglering av lansen och bestämning av syr- gasbehovet liksom även slutpunkten för blåsning med dator, utan även beräkning av den erforderliga mängden av tillförda legeringselement, chargerapport, driftrapport etc. 459 738 Den praktiska tillämpningen av sättet enligt uppfinningen ägde t.ex. rum enligt följande: En charge framställdes i en 80 ton ljusbågsugn, behandlades sedan i en skänkmetallurgienhet. Slaggavskiljning, ny slagg- bildning, följdes av inställning av begynnelseblåstemperatu- ren i värmningsenheten.

Den ekonomiska effektiviteten vid sammansättning av chargan i ljusbågsugnen utmärkes av långtgående användning av rostfritt skrot och genom komplettering av kromhalten med mindre dyrbar FeCr-uppkolare. Ni och Mo kompletteras i ljusbågsugnen mefi mindre dyrbara ferrolegeringar (NiO, MoO etc.). Resten av metallchargen utgöres av olegerat och låglegerat skrot undr tappning med uppkolande Mn, FeMn legerat i skänken. Den låga fosforhalten är särskilt viktig när det gäller chargemateria- len, eftersom defosforering ej är möjlig (eller endast på be- kostnad av hög kromförlust).

Till följd härav är det tillråd- ligt att tillsätta kända stålskrot med låg C, P-halt till chargen. Svavelhalten representerar icke något problem, efter- som förhâllandena för avsvavling är givna under reduktions- perioden som följer efter blâsningen.

Efter smältningen i ljusbågsugnen för att erhålla 0,3% på kolhalten och 0,1-0,15% Si -värdet -halt kräves syrgasblåsning ned den minskande lansen genom luckan under vilket temperaturen kan stiga t.e.m. upp till mao - 11so°c, beroende på mängden av element som skall oxideras. Mängden slaggbildande material bör ej överskrida 15 kg/ton, reduktion.

FeSi och Al-spån kan användas för Eftersom i det föreliggande fallet slaggen kan av- skummas från chargen genom tippning av slaggvagnen, skummar slaggen ej av i ljusbågsugnen, utan genom att låta slaggen gå framåt under tappning, varvid den intensiva blandningen av metall och slagg utnyttjas i skänken för kromreduktion.

Tapp- ningstemperaturen är 1660°C.

Efter slaggborttagandet med avskumningsmaskin, bestämmas stå- lets sammansättning genom provtagning och temperaturen uppmä- 459 738 tes. Inlegeringen korrigeras före blåsning, Cr och Mn bör inlegeras till den övre gränsen, under det att Mo och Ni in- legeras till den nedre gränsen. Begynnelsetemperaturen vid blâsningen bestämmes enligt de element som skall oxideras, så att den slutliga blâsningstemperaturen ej överskrider 1700°C.

Begynnelsetemperaturen vid C = 0,3% är 1600 - 1620°C.

För att bibehålla den slutliga blåstemperaturen är utgångsvär- det för kiselhalten lika med 0,10-0,15% som det mest gynnsam- ma. Inmatning av bränd kalk måste göras före blâsning, för att minska den ogynnsamma verkan av SiO2 på skänkväggen och upp- lösning i slaggen av Cr2O3(B = 2,5).

Syrgasbehovet bör bestämmas på basis av den redan nämnda be- räkningsmetoden och blâsningen kan börjas vid uppnäendet av trycket 13 300 - 16 000 Pa efter att ha startat vakuumångstra- lepumpen. Blàsningsintensiteten är från början 5, därefter 15 Nm3/min. Spetsen på syrgaslansen hålles 50 mm under badet un- der blâsning. Inspektionshâlet för vakuumet och TV-kameran medger endast ungefärlig kontroll av badet, på grund av efter- förbränningen av de alstrade gaserna och slaggstänkningen.

Omkring två tredjedelar av den beräknade syrgasmängden blàses -in under trycket 13 300 - 16 000 Pa vid maximal induktiv bland- ning, därefter tillföres den återstående tredjedelen under tryck av 4 000 - 5 000 Pa vid maximal induktiv blandning och argongasen inblåses med hastigheten 150 lfmin. för att bryta genom den kromhaltiga "slagg-beläggningen" och för att öka metallbadets avkänning av vakuumet.

C-oxidationens hastighet avtar vid slutet av blåsningen, vil- ket kommer till synes i reaktionskammarens tryckfall, i avgas- temperaturens sänkning och i minskningen av temperaturfallet på kylvattnet i gaskylningssystemet. Vid detta stadium är ar- gongasens flödesintensitet redan 180 l/min. I fall av riktig slutpunkt, ligger temperaturen inom omrâdet 1680-1700°C. Vid fullbordande av syrgasblâsningen är kolhalten i badet 0,03- 0,05%, men möjligheten av ytterligare C-oxidation är given un- 459 738 der högt vakuum och under intensiv induktiv blandning och spolning med Ar-gas.

»- Det upplösta syret reagerar med kol som fortfarande är när- varande i smältan. n.

Kokningen följes av reduktionsperioden. Med tillsats av Ca0, CaF2, därefter FeSi, slaggbildningen, äger avsvavlingen rum parallellt med slaggreduktionen. Vakuumet under 66 Pa, som hâlles under 20-25 minuter, medger bildning av lämpligt redu- cerad flytande slagg och koldesoxidationen äger också rum sam- tidigt. Basisiteten måste ha åtminstone tvâ värden. Lnligt erfarenhet kan 97-98% kromutbyte erhållas med sättet efter re- duktion om Cr2O3 = 5-7 +.

Reduktionen följes av den noggranna inställningen av tempera- turen och den kemiska sammansättningen, därefter överföras chargen till gjutning.

Framställningssättet för en legering med låg kolhalt visas som exempel i följande tabell, inbegripande de tekniska paramet- rarna, där chargen var 81 500 kg, gjuten vikt 76 700 kg, den specifika metallchargen 1062 kg och kromâtervinningen 96,9%.

Tid (m_in 110 80 100 120 1140 170 1 459 138 Ål _ Driftåtgärder ¿______, 112% §a§P“1gg_ ' .~_+c 0,26 mo, 96 s10, 10 s 0,021 P 0,030 161912, fiuåbggsugf ä r 15,000: 10,33 cu 0,11 --~ 11100 kg FeCr 70 °/. /C=7,5/ Slagg- ' avskumning 590% Hc 0,39 s10,10 Mn 1,01 P 0,032 s 0,011 ___* *cr 11,0 Ni 10,13 Värmning am kß Can 4* 20 kg ln-(n 16Q9°c f -yp = 66 Pa 3 __.. ...yp :_ 14630 Pa, 02 u 5 mza/mlf-n .yp : llæo på, Oz 215 m /íïllfl Raffine- * 02 = 1.00 m3 _' ring under 3 . _ p:$320Pa O=l5mlm1n ”akmm p = 2660 va, og = 15 13min _.1_ 3 02 - 720 m _" H -y p = 67 Pa 01 Högt ä """ vakuum -| 1671cc TÅ ~> P = 67 P0 ¿_ (___, f, ->c 0,01 510,02 s 0,015 P 0,033 cr 15.90 _ 512.111 10,00 000,18 g 000 kg Pasi 15 ä. 11 __... -- - *4 '(00 kg Ni gran. 99 Fard1g- 01 ställning kg FE ßh af-f. så i 2300 kg Fecr 10 f. /c=0,06/ "” värmnings- enhet 'O Vgfc ß» c 0,03 110,01 si 0,03 s 0,016 P 0,033 -- cr 16,90 111 10,01 .4-111 + Si _ slaggreduktion m.pulver --1s21°c -ac 0,03 mn 1,00 s: 0,10 2 0,032 cr 11.9 <-- 111 10,1 Stigande å" c 0,03 si 0,00 m 1,06 P 0,032 s 0,016 "" Wltniflg 1* _) cr 11,04 Ni 11,26 :u 0,11 i kokin ä, ._ _ m _; ß B . 459 758 /0 Ytterligare detaljer vid sättet enligt uppfinningen beskrives i förening med en ritning som visar ett diagram över en repre- sentativ gassammansättningsvariation under blåsning och ren- kokning- Diagranmet visar klart variationerna i halter kolmonoxid. koldioxid och syre í avgaserna under de tekniska stegen.

Man kan klart se att kolnonoxidhalten minskade plötsligt före den tjugonde minuten. under det att koldioxid- och syrgasnal- ten ökade plötsligt. Uppenbarligen innebär detta att blås- ningslansen ej varit nedsänkt i smältan. Till följd därav ökades lansens matníngshastighet. varpå de mätta värdena åter ínställde sig på den lämpliga nivån.

Kolslutpunkten ses även klart i diagrammet. Kolmonoxidhalten minskade med en snabb hastighet, samtidigt som kolmonoxid och syrgashalterna ökade mot slutet av blåsningen.

Detta antyder klart kolslutpunkten.

Hed hänsyn till det föregående är det uppenbart att sättet enligt uppfinningen ger en avgjort ny bas för raffineringstek- nologin vid syrgasblåsning och därvid erbjuder nästan obe- gränsade möjligheter under framställningen av sådana ståltyper.

Claims (3)

10 15 20 25 30 459 738 ll _ Patentkrav

1. l. Sätt vid framställning av stål med låg kolhalt i vakuum genom inblåsning av syrgas, varvid efter stålets tappning. avslaggning. vârmning. färskníng. raffinering och tappning under vakuum sker och syret tíllföres smältan genom en lans, systemets enheter kyles medelst kylvatten och de bildade av- gaserna avledes ur systemet. varvid vidare under loppet av den ovanifrân genomförda syretíllförseln smältan underifrån genomspolas med argon. rökgasernas sammansättning och tempe- ratur liksom det tillförda och bortledda kylvattnets tempe- ratur kontinuerligt mätes och beroende av dessa mätvärden argoninblåsningsintensiteten regleras och de tekniska respek- tive behandlíngsstegen företages på grundval av de erhållna mätvärdena, k ä n n e t e c k n a t av att syret inblâses under smältans badyta och härvid förutom argoninspolningen smältan induktívt genomblandas och av att'som ytterligare regleringsenheter mängderna av avgående rökgaser och att tillförd och avledd kylvattenmängd mätes.

2. Sätt enligt krav l. k ä n n e t e c k n a t av att syr- gasinblâsningen avslutas. då minst 90% av den för inblås- ningen beräknade totalsyremängden kommit in_i smältan och mängden av den i rökgasen mätta kolmonoxiden sjunkit under 8%.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att syrgaslansen nedsänkes i smältan med en hastighet mot- svarande lansförbrukningen och vid den samtidiga ökningen av rökgastemperaturen. den sprängvisa ökningen av kolmonoxid- värdet i rökgasen och kolmonoxídvärdets tillbakagång lansen omjusteras med ökad hastighet tills det normala förhållandet koldioxid-kolmonoxid åter inställt sig.