DE60001576T2

DE60001576T2 - Verfahren zur entkohlung und entphosphorung einer metallschmelze

Info

Publication number: DE60001576T2
Application number: DE60001576T
Authority: DE
Inventors: Niek Van Poucke; Leo Peeters; Frank Haers; Danny Dobbelaere
Original assignee: SMS Mevac GmbH
Current assignee: SMS Mevac GmbH
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: EP1190104B1; KR20020005741A; BR0011233A; EP1190104A1; JP2002544376A; PL353443A1; ATE233828T1; CA2371652A1; TR200103025T2; CN1350594A; DE60001576D1; TR200201466T2; ZA200108634B; ES2193954T3; AU4528900A; WO2000068442A1; BR0011233B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Behandlung von Metallschmelzen, insbesondere für die Herstellung von extrem niedriggekohlte (ULC) und superextrem niedriggekohlte (SULC) Stahlschmelzen, umfassend die Schritte des Entkohlens, Entphosphorens und chemischen Erhitzens.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei der Herstellung von Stahl ist der Schritt des Entkohlens, bei dem es sich um das Verringern des Kohlenstoffgehalts der Metallschmelze in einem Entgasungsgerät handelt, bekannt. Dieser Schritt erfolgt durch Blasen von Sauerstoff auf die Metallschmelze im Entgasungsgerät, wobei dieser Sauerstoff in gasförmiger oder in Feststoffoxid-Form vorliegt. Infolge des Temperaturrückgangs, der durch die Entkohlungsreaktion verursacht wird, erfolgt ein Wiederaufheizen der Metallschmelze.
Insbesondere für die Herstellung von ULC-Stählen sowie von SULC-Stählen ist ein solches kombiniertes Verfahren aus Entkohlung und chemischer Erhitzung in der Entgasungsanlage durch Sauerstoffzuführung in EP-A-0347884 beschrieben worden.
In US-A-4198229 ist ein Entphosphorungsverfahren beschrieben, bei dem eine Flussmittelzusammensetzung und eine Halogenverbindung aus Alkalierdmetall, wie zum Beispiel Kalziumfluorid, dem Metallschmelzebad zugeführt wird.
Die Entphosphorung, wie im letztgenannten Dokument beschrieben, muss in der Sekundärmetallurgievorrichtung erfolgen, nachdem der Stahl eine Wandlervorrichtung durchlaufen hat und vor dem Entkohlen in einem Entgasungsgerät. Jedoch weist dieses Verfahren die folgenden Nachteile auf:

– Zeitverlust durch den zusätzlichen Schritt im Prozessablauf,
– als Folge die höheren Temperaturverluste,
– die Notwendigkeit, eine bestimmte Menge an gelöstem Sauerstoff im Stahl in der Sekundärmetallurgievorrichtung zur Verfügung zu haben.

WO96/1619 beschreibt ein Verfahren zum Blasen eines pulsierenden Strahls von Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Gas auf die Oberfläche eines Metallschmelzebads, zum Beispiel einer Stahlschmelze in einem Entgasungsgerät, als Entkohlungsmittel. Ein Brenngas kann dem Sauerstoffstrahl ebenso hinzugefügt werden wie ein Zufluss von Feststoftoxidteilchen. Dieses Dokument beschreibt auch die Lanze, die für die Zuführung der genannten Substanzen verwendet wird. Bekannt als Mesid-Typ der ersten Generation weist diese Lanze einen ringförmigen Kanal für Sauerstoff und in diesem Kanal einen beweglichen kreisförmigen Kanal zum Zuführen von Feststoffoxiden auf, des Weiteren einen Lavalabschnitt zum Beschleunigen des Sauerstoffs, der Düsen zum Hinzufügen von Brennstoff enthält, und eine ringförmige Kühlmanschette an der Außenseite.
Bei diesem Typ von Lanze wird der Sauerstoff als das Transportgas zum Blasen von Feststoffoxiden auf die Stahlschmelze verwendet, wodurch es schwierig ist, sowohl Sauerstoff- als auch Feststoffflüsse unabhängig voneinander zu regulieren.
Ein anderer Nachteil dieser Art von Lanze ist die Tatsache, dass das feuerfeste Material der Entgasungsvorrichtung nicht unter Verwendung der genannten Lanze ausgehend von der Umgebungstemperatur erhitzt werden kann. Ein zusätzliches Heizsystem muss bereitgestellt werden, um das feuerfeste Material zu erhitzen bevor dieser Typ von Lanze verwendet wird. Der geschlossene Aufbau der Lanzenöffnung verursacht auch hohe Lärmpegel, die von diesem Typ von Lanze ausgehen.
Schließlich kompliziert die Notwendigkeit, einen beweglichen Kanal zum Pulvereinblasen aufzuweisen, die Konstruktion dieses Typs von Lanze.
EP-A-0879896 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entkohlen von Metallschmelze, wobei diese Vorrichtung ein Entgasungsgerät ist, das eine Anzahl von fixen Lanzendüsen an der Seite des Entgasungsgeräts aufweist, von denen jede ein Innenrohr, durch das gasförmiger Sauerstoff mit Überschallgeschwindigkeiten geblasen wird, und ein Außenrohr, durch das ein Kühlgas geblasen wird, aufweist. Dieser Aufbau schafft jedoch keine Möglichkeit, Sauerstoff in Form von Feststoffoxiden zuzuführen.
ZIELE DER ERFINDUNG
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist das Verbessern der Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung von ULC- und SULC-Stählen.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere darauf ausgerichtet, ein Verfahren zur Herstellung von ULC- und SULC-Stählen bereitzustellen, durch das ein Zeitgewinn im Verfahren erreicht wird.
KURZDARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Metallschmelze in einem Entgasungsgerät, umfassend die Schritte des Entkohlens und des Entphosphorens, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkohlen und das Entphosphoren gleichzeitig in einem Entgasungsgerät erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte

– Blasen einer bestimmten Menge von Sauerstoff auf die Metallschmelze im Entgasungsgerät, wobei die Menge vom Bedarf an Sauerstoff zum Durchführen der Entkohlung abhängt,
– gleichzeitig mit dem Entkohlen Blasen eines ersten Pulvers, das aus einem Flussmittel auf Kalkbasis besteht, auf die Metallschmelze, um den Phosphorgehalt des Metalls zu verringern,
– gleichzeitig mit der Entphosphorung und der Entkohlung Blasen einer zusätzlichen bestimmten Menge von Sauerstoff auf die Metallschmelze, wobei diese zusätzliche Menge vom Bedarf an Sauerstoff zum Durchführen der Entphosphorung abhängt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Metall Stahl und wird das Verfahren in einem RH-Gefäß durchgeführt, um extrem niedriggekohlte und super-extrem niedriggekohlte Stähle herzustellen.
Der Sauerstoff für die Entkohlung und/oder die Entphosphorung kann in Gasform oder in Form eines zweiten Pulvers, das Feststoftoxide enthält, wie zum Beispiel ein Pulver, das im Wesentlichen Fe₂O₃ enthält, zugeführt werden.
Das Flussmittel auf Kalkbasis ist ein Pulver, das Kalziumoxid (CaO) enthält. Es kann zum Beispiel aus 70% CaO und 30% Kalziumfluorid (CaF₂) bestehen.
Die Menge des Flussmittels auf Kalkbasis liegt zwischen 1 und 4 kg pro Tonne Metall. Die Geschwindigkeit, mit der das Flussmittel auf Kalkbasis auf die Metallschmelze geblasen wird, beträgt mindestens 50 kg/Minute und vorzugsweise 100 kg/Minute.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 platziert die Erfindung zwischen den verschiedenen typischen Verfahrensstufen im Stahlwerk.
2 beschreibt industrielle Testergebnisse der klassischen Arbeitsfolge und der Arbeitsfolge gemäß der Erfindung.
3 beschreibt das Verfahren unter Verwendung einer Oberblaslanze.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 platziert die Erfindung zwischen den Stufen des metallurgischen Verfahrens und vergleicht das Ergebnis mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik für die Herstellung von ULC- und SULC-Stählen.
Nach der Behandlung des Roheisens im Wandler kann der Stahl die klassischen Arbeitsfolgen (100, 200) oder die Erfindungsarbeitsfolge (300) durchlaufen.
Die klassische Arbeitsfolge ist in zwei Arbeitsfolgen unterteilt, die 2 oder 3 Behandlungsstufen zwischen dem Wandler und der Stranggussvorrichtung aufweisen. Bei der ersten klassischen Arbeitsfolge 100 (ohne Entphosphorung) gelangt der Stahl direkt zum Entgasungsgerät. Direkt nach der Entkohlung und der chemischen Erhitzung wird der SULC- oder ULC-Stahl einer Desoxidation und einer Legierungsbehandlung in der Entgasungsanlage oder in der Sekundärmetallurgievorrichtung unterzogen. Bei der zweiten klassischen Arbeitsfolge 200 wird der Stahl zuerst in der Sekundärmetallurgievorrichtung entphosphort und dann auf die gleiche Weise behandelt, wie im vorherigen Fall.
Gemäß der Erfindungsarbeitsfolge 300 gelangt der Stahl zum Entgasungsgerät zum Entkohlen und wird gleichzeitig entphosphort mit Hilfe eines Pulvers, das Flussmittel auf Kalkbasis enthält und zusammen mit oder unabhängig vom Sauerstoff auf die Oberfläche des Stahls in das Entgasungsgerät geblasen wird. Direkt nach dem Entkohlen/Entphosphoren wird der SULC- oder ULC-Stahl einer Oxidations- und Legierungsbehandlung in der Entgasungsanlage oder in der Sekundärmetallurgievorrichtung unterzogen. Das kombinierte Entkohlen/Entphosphoren im Verfahren gemäß der Erfindung verhindert einen Zeitverlust und einen Temperaturverlust. Des Weiteren ist keine Sauerstoffzuführung oder ein hoher gelöster Sauerstoffgehalt vor dem Entgasen in der Sekundärmetallurgievorrichtung erforderlich.
Gemäß der Erfindungsarbeitsfolge gelangt die Stahlschmelze direkt nach der Wandlerstufe in das Entgasungsgerät.
Im Entgasungsgerät muss ein kombiniertes Entkohlen/Entphosphoren stattfinden. Für beide Reaktionen muss eine ausreichende Menge an gelöstem Sauerstoff im Stahlschmelzebad vorhanden sein. Sauerstoff kann mit Hilfe der Lanze der Erfindung in Form von gasförmigem Sauerstoff oder in Form von Feststoffoxiden zugeführt werden. Der Sauerstoff und/oder die Feststoffoxide, die in die Entgasungsanlage geblasen werden müssen, werden berechnet basierend auf dem ursprünglichen Sauerstoffgehalt und dem anvisierten Sauerstoffgehalt nach dem Entkohlen. Letzterer hängt von der gewünschten Menge chemischer Wiederaufheizung ab.
Ist der ursprüngliche Sauerstoffgehalt zu gering, da der ursprüngliche Kohlenstoffgehalt zu hoch ist, um das notwendige extrem niedriggekohlte Niveau zu erreichen, kann ein Zwangsentkohlen angewendet werden, indem gasförmiger Sauerstoff oder Feststoffoxide im frühen Stadium der Entkohlungsreaktion mit Hilfe der Lanze gemäß der Erfindung eingeblasen wird/werden.
Gemäß der Erfindung wird dann ein Pulver, das Flussmittel auf Kalkbasis enthält, direkt nach oder gleichzeitig mit dem Sauerstoffeinblasen eingeblasen, um den Phosphor zu entfernen.
Phosphor wird durch die folgende Reaktion entfernt: Gleichung (1): (CaO) + 2[P] + 5[O] ↔ (CaO.P2O5)Schlacke
Die Reaktion von Gleichung (1) geht desto mehr auf die rechte Seite über, desto höher der Sauerstoffgehalt in der Stahlschmelze und der Kalkgehalt des Flussmittels sind.
Eine erforderliche Vorbedingung ist das Vorhandensein einer ausreichenden Menge gelösten Sauerstoffs im Stahlschmelzebad beim Beginnen der Entphosphorung. Gemäß der Gleichung 1 ist die Entphosphorung umso wirksamer, umso höher die Sauerstoffaktivität im Stahl ist. Um eine ausreichende Entphosphorung zu erreichen, ist ein ausreichender Sauerstoffgehalt während der Entkohlung erforderlich.
Ist die ursprüngliche Sauerstoffaktivität ausreichend, um diese Anforderung zu erfüllen, wird nur das Pulver, das die Flussmittel auf Kalkbasis enthält, zugeführt.
Ist nicht genügend Sauerstoff verfügbar, kann Sauerstoff als gasförmiger Sauerstoff oder als Pulver, das Feststoffoxide (zum Beispiel Eisenoxide) enthält, mit Hilfe der Lanze der Erfindung zugeführt werden, bevor oder während das Flussmittel auf Kalkbasis zugeführt wird. Die Wahl zwischen gasförmigem Sauerstoff und Feststoffoxiden hängt nur von der anvisierten Temperatur am Ende der Behandlung ab.
Wäre die Temperatur zu hoch, stellen Feststoffoxide (zum Beispiel Eisenoxide), die gemeinsam mit den kalkhältigen Flussmitteln mit Hilfe derselben Lanze eingespritzt werden, den notwendigen Sauerstoff bereit, um die Entphosphorungsreaktion ohne Wiederaufheizung zu fördern.
Im Fall, dass die Temperatur für den Stranggussvorgang zu niedrig ist, wird eine chemische Wiederaufheizung erreicht, indem eine überschüssige Menge an Sauerstoff eingeblasen und ein Aluminium durch die Legierungsrinne 15 während dem Entkohlen/Entphosphoren zugeführt wird. Die Menge an Sauerstoff und Aluminium wird jedoch vorzugsweise nach dem Entkohlen während der Desoxidation des Stahls zugeführt.
Die Menge an Flussmitteln auf Kalkbasis, die zugeführt wird, um die Entphosphorung zu erreichen, beträgt 1 bis 4 kg/t Stahl und vorzugsweise 2 bis 3 kg/t Stahl und wird bestimmt durch den ursprünglichen Phosphorgehalt des flüssigen Stahls und dem anvisierten Phosphorgehalt nach dem Entgasen. Die Mengen an Flussmitteln auf Kalkbasis sind mit einer Fließgeschwindigkeit einzublasen, die hoch genug ist, um einen Zeitverlust durch das Pulvereinblasen zu vermeiden, mit einer Mindestgeschwindigkeit von 50 kg/Minute und vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 100 kg/Minute.
Die Schlacke für die Entphosphorung wird hauptsächlich durch das eingespritzte Pulver gebildet, womit sich die Entphosphorung als eine Funktion der Masse und der Fließfähigkeit des eingeblasenen Pulvers erhöht.
Nach der Behandlung muss die Schlacke genügend Phosphoraufnahmefähigkeit aufweisen und muss flüssig genug sein, um eine Aufnahme von P im Stahl zu verhindern. Vorzugsweise wird der Verfahrensschlacke ein Überschuss von 20% Kalk zugeführt, oder die Verfahrensschlacke wird abgeschieden und durch eine neue Schlacke, die durch Zugabe von Kalk oder kalkhaltigen Flussmitteln gebildet wird, ersetzt.
Durch Verlängern der Behandlungszeit und durch Einblasen einer größeren Menge an Flussmittel auf Kalkbasis wird eine höhere Entphosphorung erreicht, falls erforderlich.
Die Reaktion wird beschleunigt, wenn ein guter Kontakt zwischen den kalkhaltigen Flussmitteln und dem Metall erreicht wird. Das wird erreicht, indem die fein verteilten Pulver im Entgasungsgerät auf die Schmelzoberfläche aufgeblasen werden, wobei sich das Pulver durch die Verwirbelung des Stahls aufgrund der Vakuumwirkung mit dem flüssigen Stahl vermischt. Die Pulverblaslanze ist vorzugsweise in einer Höhe von weniger als 5 Meter über dem Stahlpegel im Entgasungsgerät angeordnet.
2 zeigt industrielle Ergebnisse der klassischen Arbeitsfolge (normal dargestellt durch die Wolke schwarzer Punkte), d. h. Entgasen ohne Entphosphorung, und der Arbeitsfolge gemäß der Erfindung (10 weiße Kreise rund um ihre Regressionskurve), d. h. mit Entphosphorung während der Entkohlung. Die Graphik vergleicht P-Niveaus nach dem Abstich vom Wandler (X-Achse) mit P-Niveaus registriert vor der Stranggussvorrichtung (Y-Achse). Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird ein mehr als 20-prozentiger Phosphorentzug erzielt.
3 beschreibt das Verfahren unter Verwendung einer Lanze. Das Entgasungsgerät 1 wird über der Pfanne 2, die den flüssigen Stahl 3 enthält, angeordnet. Der Aufwärtsschnorchel 4 und der Abwärtsschnorchel 5 dringen durch die Primärschlacke 6 in den flüssigen Stahl ein. Die Vakuumwirkung pumpt den flüssigen Stahl in die entgaste Kammer 7.
Der Sauerstoff 8 und die Pulver 9, zum Beispiel ein Flussmittel auf Kalkbasis, werden durch die Oberlanze 10 auf die Oberseite der Stahlschlackenoberfläche 11 in der Entgasungskammer geblasen. Aufgrund des Blasdrucks dringen der eingeblasene Sauerstoff und die Flussmittel auf Kalkbasis in die flüssige Stahloberfläche ein. Sie werden dann durch die interne Stahlbewegung durch den Abwärtsschnorchel in die Pfanne mitgerissen und mit dem flüssigen Stahl vermischt.
Das CO + CO₂, das durch die Reduktion des Kohlenstoffs in Lösung entsteht und andere Gase werden durch die Abgasleitung 12 abgeleitet. Die Legierungsrinne 15 wird verwendet zum Zuführen von Substanzen während dem Wiederaufheizen, oder nach dem kombinierten Entkohlungs- /Entphosphorungsvorgang zum Legieren im Entgasungsgerät (siehe 1).

Claims

Verfahren zur Behandlung von geschmolzenem Stahl in einem Entgasungsgerät zur Herstellung von ULC-Stahl und/oder SULC-Stahl durch Entkohlung und Entphosphorung, dadurch gekennzeichnet, dass die Entphosphorung derart durchgeführt wird, dass kalkhaltige Flussmittel während der Entkohlungsreaktion in das Stahlbad eingeblasen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entkohlung dem geschmolzenen Stahl Sauerstoff zugeführt wird, dessen Menge davon abhängt, wie viel Sauerstoff für die Entkohlung benötigt wird und desweiteren dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entphosphorung dem geschmolzenen Stahl ein auf Kalk basierendes Flussmittel beigegeben wird und dem geschmolzenen Stahl desweiteren Sauerstoff zugeführt wird, dessen Menge davon abhängt, wie viel Sauerstoff für die Entphosphorung benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff für die Entkohlung und/oder Entphosphorung in Gasform bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff für die Entkohlung und/oder Entphosphorung in der Form eines Pulvers bereitgestellt wird, dass Oxide in fester Form enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Pulver im wesentlichen Fe₂O₃ enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses auf Kalk basierende Flussmittel ein Pulver ist, dass Kalziumoxid (CaO) enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Pulver zu 70% aus CaO und zu 30% aus Kalziumfluorid (CaF₂) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an diesem auf Kalk basierenden Flussmittel zwischen 1 und 4 kg pro Tonne geschmolzenen Stahls beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das auf Kalk basierende Flussmittel mit mindestens 50 kg pro Minute auf den geschmolzenen Stahl geblasen wird, und vorzugsweise mit 100 kg pro Minute.