WO1989004377A1 - Process for oxidizing treatment of steel - Google Patents

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WO1989004377A1
WO1989004377A1 PCT/DE1987/000514 DE8700514W WO8904377A1 WO 1989004377 A1 WO1989004377 A1 WO 1989004377A1 DE 8700514 W DE8700514 W DE 8700514W WO 8904377 A1 WO8904377 A1 WO 8904377A1
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melt
gas
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Ulrich Genge
Kalamendra Sinha
Horst Kappes
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Mannesmann Ag
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/068—Decarburising
    • C21C7/0685—Decarburising of stainless steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/30—Regulating or controlling the blowing
    • C21C5/34—Blowing through the bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/068—Decarburising

Definitions

  • the invention relates to a method for the oxidizing treatment, preferably decarburization of unalloyed and alloyed steel by treating the melt with oxygen and inert gas in a metallurgical vessel, the gas being introduced into the melt at points below the melt level.
  • the invention makes a particularly simple and economically applicable proposal for producing steel melts of the desired analysis by introducing oxygen and inert gas.
  • the melt is "charged” by the oxygen introduced into the melt.
  • the inert gas introduced into the melt serves to lower the partial pressure of the carbon monoxide and generates movement in the bath.
  • the invention advantageously provides that the melt is supplied with oxygen in a first zone and inert gas in a second zone, and the gas supply within each of the two zones is selected such that a flow movement is generated in the melt.
  • the quantity ratio of oxygen to inert gas can be easily regulated if the duration of the introduction of oxygen and inert gas is selected differently in the two zones.
  • the method according to the invention can also be modified in such a way that the second zone, in which inert gas is supplied, surrounds the first zone, in which oxygen is supplied, in a ring.
  • the zone to which the inert gas is supplied can be formed by the annular gap of the nozzle and the inert gas can simultaneously serve as cooling gas for the oxygen supplied through the central nozzle.
  • Another proposal of the invention is that the amount of gas which is supplied in the two zones - however they are designed - is changed during the treatment process. This change follows the processes in the melt itself, which in turn depend on the particular composition of the melt. In any case, it has been shown that the ratio of the amounts of oxygen: inert gas supplied can be varied between 1:10 and 3: 1 during the treatment process.
  • This change in the gas quantity ratio can take place either step by step or step by step during the treatment process.
  • the method according to the invention is suitable for both possibilities, which can also be combined with one another.
  • reducing agents such as CaSi, FeSi and the like can also be added after the oxidizing treatment in the method provided here and the melt can be intensively stirred by means of inert gas.
  • thermodynamic conditions are created for the degradation of nitrogen by fine reduction.
  • oxygen can be removed from the melt using carbon until equilibrium is established.
  • this level is not low enough to ensure gas-free casting.
  • the melt is deoxidized using reducing agents such as Al, Si, Ca and Mg. Mixing takes place by blowing in a previously calculated amount of process gas. Finally, the deoxidation products are washed out by the process slag mixture.
  • the main goal is the reduction of non-metallic inclusions, tegging within very tight tolerances and overheating to the desired casting temperature.
  • the device which is expedient for carrying out the method according to the invention consists of a metallurgical vessel with gas supply nozzles, the area which is covered by melt during the working process. It is preferably a converter with nozzles arranged in the floor or near the floor.
  • these nozzles are arranged in groups in the bottom of the vessel or near the bottom, preferably in two opposite quarter-circle sectors. This is based on a metallurgical vessel that is round in plan, as is likely to be used in most cases. Each of these two groups can consist of more
  • Nozzles 2 and 3 are arranged in the downwardly curved bottom 1 of a metallurgical vessel.
  • the nozzles have a position inclined to the vertical axis of the metallurgical vessel.
  • the nozzle 2 is a jacket nozzle. It serves to introduce oxygen through the central nozzle tube, while cooling gas is passed through the annular gap surrounding this central tube.
  • the nozzle 3 is a simple nozzle and is used to introduce inert gas.
  • FIG. 2 shows as a top view of FIG. 1, the nozzles 2 and 3 are arranged in opposing sectors I and III of the circular vessel base 1. Because of its inclined position, a flow is generated during operation in the melt, as indicated by the arrows in FIG. 2. As a result, the liquid metal flows through the zones I and III mentioned and is exposed there to the action of the introduced gas.
  • the gas supply through the nozzles can be operated in a variety of ways, e.g. Simultaneously or alternately or in combination of these possibilities.
  • all the nozzles are jacket nozzles. This results in the possibility of optionally introducing oxygen in both sectors I and III simultaneously or in succession, inert gas being able to be introduced continuously or temporarily through the annular gaps of the nozzles 2 as cooling gas.
  • the nozzles 2 in this embodiment can also be used to supply inert gas, this being done either through all or only some of the nozzles mentioned.
  • the nozzles are not switched off completely as long as there is melt in the metallurgical vessel. Rather, as usual, a minimum flow through the nozzles is maintained in order to prevent their clogging with metal.

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Description

Verfahren zum oxidierenden Behandeln von Stahl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum oxidierenden Behandeln, vorzugsweise Entkohlen von unlegiertem und legiertem Stahl durch Behandel der Schmelze mit Sauerstoff und Inertgas in einem metallurgischen Gefäß, wobei das Gas an unterhalb des Schmelzespiegels befindlichen Stellen in die Schmelze eingeleitet wird.
Es sind eine Anzahl von Vorschlägen bekannt, die Verfahren der eingangs genannten Art betreffen und die eine möglichst wirtschaftliche oder genau Einstellung des Kohlenstoffgehalts zum Ziele haben, wobei gleichzeitig di Verschlackung von teurem Legierungsmetall, insbesondere Chrom, weitgehend vermieden werden soll.
Die Erfindung macht einen besonders einfachen und wirtschaftlich anwendbaren Vorschlag dafür, durch Einleiten von Sauerstoff und Inertgas Stahlschmelzen der gewünschten Analyse zu erzeugen. Dabei wird durch den in die Schmelze eingeleiteten Sauerstoff die Schmelze "aufgeladen". Das i die Schmelze eingeleitete Inertgas dient zur Absenkung des Partialdrucks des Kohlenmonoxyds und erzeugt Bewegung im Bad. Im Unterschied zu den bisher bekannten Verfahren sieht die Erfindung in vorteilhafter Weise vor daß man der Schmelze in einer ersten Zone Sauerstoff und in einer zweiten Zone Inertgas zuführt und die Gaszufuhr innerhalb jeder der beiden Zonen so wählt, daß in der Schmelze eine Strömungsbewegung erzeugt wird. Durch die bewußte und gezielte Erzeugung einer gerichteten Strömungsbewegung wird die Gleichmäßigkeit und die Geschwindigkeit des Verfahrensablaufs verbessert.
Zweckmäßig ist es, die Gaszufuhr so einzurichten, daß die Strömungsbewegung der Schmelze von der ersten zur zweiten Zone und umgekehrt verläuft. Dabei ist vorteilhaft, die beiden genannten Zonen in der Schmelze so anzuordnen, daß die von der einen zur anderen Zone verlaufende Strömungsbewegung einen möglichst großen Teil der Schmelze erfaßt.
Es ist möglich, in der ersten Zone nur reinen Sauerstoff, dagegen in de zweiten Zone nur reines Inertgas zuzuführen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, daß man entweder das Gas in beiden Zonen während der oxidierenden Behandlung im wesentlichen gleichzeitig zuführt oder daß m in der ersten Zone im zyklischen Wechsel Sauerstoff und Inertgas und in der zweiten Zone nur Inertgas einleitet. Schließlich ist es, wie die Erfindung weiterhin vorschlägt, auch möglich, in beiden Zonen im zyklischen Wechsel Sauerstoff und Inertgas einzuleiten. Besonders einfa ist in diesem Falle, stets in der einen Zone den Sauerstoff und in der anderen Zone das Inertgas zuzuführen, weil man dann in der nur auf Inertgas-Zuführung eingerichteten Zone mit einfachereren Gasdüsen arbei kann.
Eine einfache Regulierung des Mengenverhältnisses von Sauerstoff zu Inertgas ergibt sich dann, wenn man die Zeitdauer der Einleitung von Sauerstoff und Inertgas in den beiden Zonen unterschiedlich wählt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in der Weise abgewandelt werde daß die zweite Zone, in der Inertgas zugeführt wird, die erste Zone, in der Sauerstoff zugeführt wird, ringförmig umgibt. Wenn man hierzu, wie später nochmals erwähnt wird, eine Manteldüse verwendet, kann die Zone, der das Inertgas zugeführt wird, durch den Ringspalt der Düse gebildet werden und das Inertgas gleichzeitig als Kühlgas für den durch die mittlere Düse zugeführten Sauerstoff dienen. Ein weiterer Vorschlag der Erfindung besteht darin, daß man die Gasmeng die in den beiden Zonen - wie immer sie auch gestaltet sind - zugeführt werden, während des Behandlungsvorganges verändert. Diese Veränderung folgt den Verfahrensabläufen in der Schmelze selbst, die wiederum von d jeweiligen Zusammensetzung der Schmelze abhängen. Es hat sich jedenfall gezeigt, daß man das Verhältnis der zugeführten Gasmengen von Sauerstoff:Inertgas zwischen 1:10 und 3:1 während des Behandlungsvorgan verändern kann.
Diese Veränderung des Gasmengeverhältnisses kann während des Behandlungsvorganges entweder stufenweise oder auch schrittweise erfolge Für beide Möglichkeiten, die auch miteinander kombiniert werden können, das erfindungsgemäße Verfahren geeignet.
Unabhängig davon, wie die Inertgaszufuhr beim Frischen stattfindet und i welcher Weise die Zonen angeordnet sind, kann auch bei dem hier vorgesehenen Verfahren anschließend an die oxidierende Behandlung Reduktionsmittel wie CaSi, FeSi und dergleichen zugegeben werden und die Schmelze mittels Inertgas intensiv gerührt werden.
Durch die Wahl einer optimalen Konverter-Geometrie und durch intensives Einblasen von Prozeßgas werden günstige thermodynamische Bedingungen geschaffen zum Abbau von Stickstoff durch Reduktions-Feinen. Darüber hinaus kann Sauerstoff durch Einsatz von Kohlenstoff aus der Schmelze entfernt werden, bis sich das Gleichgewicht einstellt. Dieses Niveau ist jedoch nicht niedrig genug, um ein gasblasenfreies Gießen zu gewährleisten. Aus diesem Grunde wird die Schmelze deoxidiert unter Einsatz von Reduktionsmitteln, wie AI, Si, Ca und Mg. Durch Einblasen einer im voraus berechneten Menge von Prozeßgas erfolgt eine Durch¬ mischung. Schließlich werden die Desoxidationsprodukte durch die Prozeßschlackenmischung ausgewaschen. Das Hauptziel dabei ist der Abbau von nichtmetallischen Einschlüssen, tegieren innerhalb sehr enger Toleranzen und Überhitzen auf die gewünschte Gießtemperatur. Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßige Vorrichtung besteht aus einem metallurgischen Gefäß mit Gaszufuhr-Düsen dem Bereich, der beim Arbeitsvorgang von Schmelze bedeckt ist. Es hande sich vorzugsweise um einen Konverter mit im Boden oder in Bodennähe angeordneten Düsen.
Diese Düsen sind erfindungsgemäß im Gefäßboden oder in Bodennähe in Gruppen, vorzugsweise in zwei einander gegenüberliegenden Viertelkreis-Sektoren, angeordnet. Hierbei wird von einem im Grundriß runden metallurgischen Gefäß ausgegangen, wie es in den allermeisten Fä verwendet werden dürfte. Jede dieser beiden Gruppen kann aus mehr
als einer Düse gebildet werden.
Ein Ausführungsbeispiel letzterer Anordnung ist schematisch in Figur 1 abgebildet. In dem nach unten gewölbten Boden 1 eines metallurgischen Gefäßes sind Düsen 2 und 3 angeordnet. Die Düsen haben eine zur Hochachs des metallurgischen Gefäßes geneigte Stellung. Die Düse 2 ist eine Manteldüse. Sie dient zur Einleitung von Sauerstoff durch das zentrale Düsenrohr, während Kühlgas durch den dieses zentrale Rohr umgebenden Ringspalt geleitet wird. Die Düse 3 ist eine einfache Düse und wird zum Einleiten von Inertgas verwendet.
Wie die Darstellung in Figur 2 als Draufsicht auf Figur 1 zeigt, sind di Düsen 2 und 3 in einander gegenüberliegenden Sektoren I und III des kreisförmigen Gefäßbodens 1 angeordnet. Aufgrund ihrer Schrägstellung wi beim Betrieb in der Schmelze eine Strömung erzeugt, wie sie durch die Pfeile in Figur 2 angedeutet ist. Dadurch durchfließt das flüssige Metal die genannten Zonen I und III und wird dort der Einwirkung des eingeleiteten Gases ausgesetzt.
Die Gaszufuhr durch die Düsen kann in verschiedenster Weise betrieben werden, z.B. gleichzeitig oder alternierend oder in Kombination dieser Möglichke ten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 und 4 sind alle Düsen Manteldüsen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, wahlweise in beiden Sektoren I und III gleichzeitig oder nacheinander Sauerstoff einzuleiten wobei als Kühlgas ständig oder zeitweilig Inertgas durch die Ringspalte der Düsen 2 eingeführt werden kann. Die Düsen 2 bei diesem Ausführungsbeispiel können auch zur Zufuhr von Inertgas dienen, wobei dieses entweder durch alle oder nur einige der erwähnten Düsen erfolgt. Selbstverständlich werden die Düsen nicht voll abgeschaltet, solange Schmelze im metallurgischen Gefäß ist. Vielmehr wird, wie üblich, eine Mindestdurchströmung der Düsen aufrechterhalten, um deren Zusetzen mit Metall zu verhindern.

Claims

Pa entansprücheVerfahren zum oxidierenden Behandeln, vorzugsweise Entkohlen von unlegiertem und legiertem Stahl
1. Verfahren zum oxidierenden Behandeln, vorzugsweise Entkohlen von unlegiertem und legiertem Stahl durch Behandeln der Schmelze mit Sauerstoff und Inertgas in einem metallurgischen Gefäß, wobei das Ga an unterhalb des Schmelzespiegels befindlichen Stellen in die Schmel eingeleitet wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß man der Schmelze in einer ersten Zone Sauerstoff und in einer zweiten Zone Inertgas zuführt und die Gaszufuhr innerhalb jeder der beiden Zonen so wählt, daß in der Schmelze eine Strömungsbewegung erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gaszufuhr so einrichtet, daß die Strömungsbewegung der Schmelze von, der ersten zur zweiten Zone und umgekehrt verläuft.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ma in der ersten Zone nur reinen Sauerstoff und in der zweiten Zone nur reines Inertgas zuführt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ma das Gas in beiden Zonen während der oxidierenden Behandlung im wesentlichen gleichzeitig zuführt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß m in der ersten Zone im zyklischen Wechsel Sauerstoff und Inertgas und in der zweiten Zone nur Inertgas einleitet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß m in beiden Zonen im zyklischen Wechsel Sauerstoff und Inertgas einleitet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß stets in der einen Zone Sauerstoff und in der anderen Zone Inertgas zugeführt wir
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Einleitung von Sauerstoff und Inertgas in den beiden Zonen unterschiedlich bemessen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone, in der Inertgas zugeführt wird, die erste Zone, in der Sauerstoff zugeführt wird, ringförmig umgibt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasmengen, die in den beiden Zonen zugeführt werden, während des Behandlungsvorgangs verändert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis der zugeführten Gasmengen zwischen Sauerstoff:Inertgas wi 1:10 bis 3:1 während des Behandlungsvorganges verändert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis der zugeführten Gasmengen in Abhängigkeit von dem Ablauf des Behandlungsvorgangs stufenweise verändert.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verhältnis der zugeführten Gasmengen in Abhängigkeit von dem Ablauf des Behandlungsvorgangs schrittweise verändert.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an die oxidierende Behandlung Reduktionsmittel wie CaSi FeSi und dergleichen der Schmelze zugegeben werden und die Schmelze mittels Inertgas intensiv gerührt wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 14, bestehend aus einem metallurgischen Gefäß mit Gaszufuhr-Düse in dem Bereich, der beim Arbeitsvorgang von Schmelze bedeckt ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Düsen in Gruppen, bei einem runden Gefäß vorzugsweise in zwe einander gegenüberliegenden Viertelkreis-Sektoren, angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils me als eine Düse in einer der Gruppen angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, d in der einen Gruppe nur für die Zufuhr von Sauerstoff und in der anderen Gruppe nur für die Zufuhr von Inertgas dienende Düsen vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 17, dadurch gekennzeichnet, d mindestens einige der Düsen eine die gewünschte Strömungsbewegung de Schmelze erzeugende oder unterstützende Stellung haben.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, d mindestens bei einigen der für Sauerstoffzufuhr vorgesehenen Düsen, die in bekannter Weise als Manteldüsen ausgebildet sind, die Gaszuf zum Ringspalt auf Inertgas schaltbar ist.
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