DE3245098C2 - Zweistufiges Verfahren zum Herstellen von hochwertigen Stählen mit extrem niedrigen P- und S-Gehalten, die im Konverter vorgeschmolzen werden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen hochwertiger Stähle, die im Konverter vorgeschmolzen werden und hat sich die Aufgabe gestellt, die Eisenverbrennung im Konverter zu vermindern, den Feuerfestaufwand zu reduzieren und die in der Pfanne anschließend zu leistende metallurgische Arbeit zu erleichtern. Die Erfindung besteht darin, daß der Stahl im Konverter nach der Entkohlung nicht oder nur in unerheblichem Umfang entphosphort wird und dann bei einer Temperatur, wie sie sich im wesentlichen nach der Verbrennung des Kohlenstoffs einstellt, in die beheizbare Pfanne (ladle furnace) abgegossen wird, in welche dann in an sich bekannter Weise Entphosphorungsmittel eingeblasen werden.

Description

— daß der Stahl im Konverter in einer ersten Stufe bis zum Erreichen von Phosphorgehalten von 0,010 bis 0,020% entphosphort wird,

— daß der Stahl dann möglichst schlackenfrei abgestochen wird,

— daß die Fein-Entphosphorung bis auf Phosphorgehalte von max. 0,005% bei relativ niedrigen Temperaturen um 1600° C durch Einblasen von Entphosphorungsmitteln durchgeführt wird,

— daß dann die Temperatur der Schmelze durch Einschalten der Beheizung entsprechend erhöht wird,

— daß die Weiterbehandlung des Stahles bei diesen erhöhten Temperaturen erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach der C-Verbrennung und der Vorentphosphorung bis zu einem P-Gehalt von 0,010-0,020% mit einer Temperatur abgestochen wird, die 20—50°C oberhalb seiner Liquidustemperatur liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Fein-Entphosphorung in der beheizbaren Pfanne Schlacke abgezogen wird, wobei sowohl etwaige aus dem Konverter stammende Schlackenreste als auch die neugebildete Schlacke des Fein-Entphosphorungsganges von der Badoberfläche entfernt werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfanne bei der Fein-Entphosphorung während der zweiten Verfahrensstufe dann zusätzlich beheizt wird, wenn durch die Entphosphorung in der Pfanne nicht oder nicht mehr genügend Wärme erzeugt wird, um ein beginnendes Erstarren des Stahlbades zu verhindern.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfannenbeheizung im Verlauf der Weiterbehandlung des Stahles während der zweiten Verfahrensstufe spätestens während des Desoxidationsvorganges eingeschaltet wird, so daß die Stahltemperatur vor Beginn der Entschwefelung auf ca. 100— 150°C über die Liquidustemperatur angehoben ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von hochwertigen Stählen, die im Konverter vorgeschmolzen und in einer behei/'^aren Pfanne zu Stahl mit hohem Reinheitsgrad weiten erarbeitet werden. Derartige Verfahren sind bekannt, und werden insbesondere in Fällen angewendet, in denen es auf extrem niedrige Phosphor- und Schwefelgehalte ankommt.

Nach der Kohlenstoffverbrennung findet bei den bekannten Oxigenverfahren im Konverter bekanntlich eine weitgehende Verbrennung des Phosphors statt, bei der man bei mittleren Phosphorgehalten des Roheisens (also 0,05-0,1% P), Endgehalte von 0.010—0,030% P erzielt Sie sind für Grundstahlgüten ausreichend.
Für hochwertige Stahle, insbesondere Schmiedestükke, ist es jedoch erforderlich, Phosphorgehalte von max. 0,005% einzustellen, um den heutigen Anforderungen Genüge zu tun. Auch die Anforderungen an die Desoxidation und die Entschwefelung lassen sich im allgemeinen im Konverter dann nicht mehr verwirklichen, wenn Schwefelgehalte von 0,005% und weniger angestrebt werden und der Sauerstoffgehalt unterhalb von 300 ppm liegen soll.

Es ist zwar auch schon bekannt im Konverter oder in

is anderen Frischgefäßen Phosphorgehalte von max. 0,005% einzustellen. Dies ist aber nur dann möglich, wenn man, wie in der DE-OS 28 42 563 beschrieben, mit Schlackenwechsel arbeitet wodurch einerseits der Verfahrensablauf kompliziert wird, und andererseits die Dauer, in welcher infolge der Temperaturerhöhung eine Eisenverbrennung stattfindet, noch zusätzlich verlängert wird. Ein anderer Nachteil des Schlackenwechselverfahrens ist der wesentlich erhöhte Kalkverbrauch. Schließlich ist es bekannt durch eine Entphosphorung des Roheisens den Phosphorgehalt zu senken. Diese Verfahren sind aufwendig und auf die Fälle begrenzt daß der flüssige Einsatz des Konverters einem Hochofen entnommen wird.
Diese letztgenannten bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, daß bei der weitergeführten Entphosphorung im Konverter eine starke Eisenverbrennung erfolgt und sich die Konverterschlacke dadurch mit FeO anreichert, was wiederum die Gleichgewichtsverhältnisse zwischen dem Phosphorgehalt in der Schlacke und im Stahlbad ungünstig beeinflußt. Außerdem findet infolge des Temperaturanstieges auf ca. 1700° C — 1750° C in der weiterführenden Entphosphorungsperiode ein starker Verschleiß des feuerfesten Materials des Konverters, insbesondere im Bereich der Schlackenschicht statt.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die zweite Entphosphorungsstufe in einer beheizbaren Pfanne (ladle furnace) durchzuführen. Hierbei tritt jedoch ein technisches Problem auf; man kann nämlich beim Abstechen des Konverters nur schwer verhindern, daß die Konverterschlacke in die beheizbare Pfanne gelangt Diese stark FeO-haltige Schlacke neigt aber zur Rückphosphorung und verzögert daher die weitere Entphosphorung in der Pfanne auf die gewünschten extrem niedrigen Werte.

Bei dem Verfahren zur Herstellung vakuumbehandelten Stahls höheren Reinheitsgrades nach DE-AS 23 14 847 wird Vormetall unter Anwendung von Schlakkenarbeit gefrischt, wobei Phosphorgehalte von höchstens 0,010% und Kohlenstoffgehalte von 0,10—1,0% bei Temperaturen nicht über 1650⁰C erzielt werden. Darüber hinaus wird das Vormetall schlackenfrei in einen Konverter umgefüllt in den seitlich in der Nähe des Bodens Gemische aus Sauerstoff und Intergas eingeblasen sowie von oben Sauerstoff aufgeblasen werden kann. Danach wird das Vormetall unter Zugabe von Wärmeträgern durch Sauerstoffaufblasen auf eine Temperatur von mehr als 1700⁰C gebracht, um dabei besonders niedrige Schwefelgehalte zu erzielen. Bei diesem bekannten Verfahren ergibt sich bei der Vorbehandlung im ersten metallurgischen Gefäß ein Phosphorgehalt, der nur wenig unter 0,010% selbst dann gesenkt werden kann, wenn man mit mehreren Schlacken arbeitet. Bei der nachfolgenden Behandlung in einem konverterähn-

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lichen metallurgischen Gefäß ist eine weitere Verringe- ßerdem von der Intensität der weitergeführten Ent-

rung des Phosphorgehaltes nicht zu erzielen, weil durch phosphorung während des Zeitraumes ab, in welchem

Sauerstoffaufblasen der Stahl auf mehr als 1700⁰C ge- der Phosphorgehalt des Stahles in der Pfanne noch rela-

bracht wird. Dabei ist zwar eine gute Entschwefelung ti* hoch ist

möglich, die Reduzierung des Phosphorgehaltes mit ei- 5 Erst Im Zuge der nachfolgenden Vorgänge, die zunem derartigen Verfahren ist trotz Verwendung mehre- nächst das Desoxidieren, das Zulegieren und Entschwerer metallurgischer Gefäße und einer Ein- oder Mehr- fein betreffen, ist die Beheizung des Pfannenofens erforschlackentechnik nicht wesentlich unter 0,010% P mög- derlich.
lieh. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe ge- ίο Erfindung wird im Konverter der Stahl in üblicher Wei-

stellt, ein Herstellungsverfahren für hochwertige Stähle se mit Sauerstoff behandelt, wobei Kohlenstoff des

zu schaffen, bei dem einerseits die Eisenverbrennung im Roheisens verbrannt wird. Der Zeitpunkt, an dem der

Konverter vermindert, also das Ausbringen erhöht wer- Kohlenstoff bis zu einem Gehalt von 0,10% verbrannt

den kann, während der Feuerfestaufwand wesentlich ist, kann aus der Abgasanalyse mit dem sich sprunghaft

verringert wird und der Phosphorgehalt ohne Anwen- 15 veränderten CO-Gehalt abgelesen werden. Zu diesem

dung einer Mehr-Schlackentechnik auf Werte reduziert Zeitpunkt ist auch der vom Roheisen stammende

wird, die bei max. 0,005% liegen. Phosphorgehalt von 0,050—0,10% bis zu einem Gehalt

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die techni- von ca. 0,010% verbrannt Dann wird, ohne eine zusätz-

sche Lehre gemäß Anspruch 1 gelöst Bevorzugte Aus- liehe Probe zu nehmen, der Stahl in die Pfanne abgegos-

führungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2,3,4 20 sen. Hierbei wird auf das Trennen von Schlacke und

und 5 beschrieben. ' Stahl verzichtet und der Rest der Schlacke zum Abdek-

Bei größeren Konvertern und größeren Abstichge- ken des Stahles in der Pfanne verwendet Anschließend wichten kann es auch genügen, wenn die Temperatur wird eine Probe genommen und nach dem Ergebnis der des abgegossenen Stahls etwa 10 bis 20⁰C über der Analyse dieser Probe die Weiterbehandlung des Stahles Liquidustemperatur liegt und wenn anschließend die 25 in nachfolgenden Behandlungsstufen festgelegt. In unse-Entphosphorung in der Pfanne intensiv genug einsetzt rem Ausführungsbeispiel hat der Stahl in der Pfanne zu um ein Erstarren der Schmelze zu verhindern. Um in diesem Zeitpunkt eine Temperatur, die oberhalb von jedem Falle eine oberhalb der Liquidustemperatur aber 10⁰C über der Liquidustemperatur, bei einem Kohlenin ausreichender Nähe derselben liegende Temperatur stoffgehall von ca. 0,10%, einem Phosphorgehalt von des Stahles im Konverter kurz vor dem Abstich zu er- 30 0,10% und einem Schwefelgehalt von 0,025% liegt,
reichen, kann eine Phosphorverbrennung bis zum Errei- Nach Einfahren der Pfanne in eine »ladle furnace Anchen von Phosphorgehalten von 0,010% im Konverter lage« wird der Stahl in diesem möglichst niedrigen Temkurzzeitig durchgeführt werden, bei der eine für die peraturbereich durch Einblasen eines Gemisches von Eisenverbrennung unkritische und für das Abgießen Kalk, Eisenoxid und Flußmittel mit Sauerstoff als Fördeausreichende Temperaturerhöhung erzielt wird. Im all- 35 rungsmedium auf extrem niedrige Werte entphosphort. gemeinen liegt die Temperatur des im Konverter nach Da die bei der Entphosphorung üblichen Einblaslanzen Beendigung der Kohlenstoffvcrbrennung befindlichen aus Stahl sich nicht bewährt haben, erfolgte erfindungs-Stahles bei rund 1600⁰C. gemäß das Einblasen des Entphosphorungsmittels

Auch wenn beim Abstich vom Konverter in die Pfan- durch ein Keramikrohr mit Sauerstoff als Treibgas,

ne Konverterschlacke mit abgestochen wird, ist diese 40 Hierbei wird nach dem Gegenstromprinzip gearbei-

phosphorarme Schlacke keine Gefahr für die in der tet, d. h. es wird in die untere Zone des Pfanneninhaltes

Pfanne stattfindende Fein-Entphosphorung. Außerdem (in der Nähe des Pfannenbodens), und zwar auf der der

kann diese Schlacke leichter aus der Pfanne bei Beginn Ofenrückwand zugewandten Seite eingeblasen. Die

der Entphosphorung entfernt werden, weil sie relativ Schlacke wird im Bereich der Ofentür laufend von der

leichtflüssig ist 45 Metalloberfläche abgezogen. Dies geschieht in der

Bei der erfindungsgemäßen zweiten weitergeführten Richtung des eingeblasenen Reaktionsmittelstromes, al-

Entphosphorungsstufe in der Pfanne kann grundsätzlich so von der Ofenrückwand zur Türseite hin. Am Ende der

eine zusätzliche Beheizung entfallen, so daß die Fein- Behandlung liegt dann eine fast reine Kalk-Eisenoxid-

Entphosphorung bei relativ niedrigen Temperaturen Schlacke vor.

vollständiger abläuft als in einer weitergeführten Ent- 50 Nach dem Ende der Entphosphorung, also mit einem phosphorungsperiode im Konverter, wo (wie vorher er- Gehalt von max. 0,005% P wird der Stahl mit der Zuwähnt) höhere Temperaturen erreicht werden. Eine Ge- satzheizung aufgeheizt auf eine Temperatur, die benöfahr der Abkühlung des Pfanneninhaltes bis zum begin- tigt wird, um die nachfolgende Desoxidation, Legierung, nenden Einfrieren besteht im allgemeinen nicht, weil die Entschwefelung, Evakuierung und das Abgießen zu er-Entphosphorung genügend exotherm abläuft, so daß 55 möglichen. Während des Aufheizens; das aus Gründen der Stahl fast immer flüssig gehalten wird. der Pfannenhaltbarkeit mit max. 3—5°C pro Minute

Ein etwas früheres Einsetzen der Beheizung bereits in ausgeführt wird, wird der Stahl desoxidiert Die Desoxi-

der (zweiten) Fein-Entphosphorungsperiode des erfin- dation wird in bekannter Weise so ausgeführt daß zu-

dungsgemäßen Verfahrens kann dann erforderlich sein, erst die schwachen Desoxidationsmittel (Ferromangan

wenn extrem niedrige Phosphorgehalte angestrebt wer- 60 und Ferrosilizium) zugesetzt werden und anschließend

den und bei der zeitlich etwas ausgedehnten Entphos- ein stärkeres Mittel wie Al in Form von aus Aluminium

phorungsperiode die Bildung der exotherm entstehen- bestehenden und mit Aluminium gefüllten Kartuschen

den Phosphorverbindungen in so geringem Umfange eingeschossen wird. Dieses bekannte Einbringen von

vonstatten geht, daß die Gefahr eines Einfrierens des Aluminium in der beschriebenen Weise ist begründet

Stahles in der Pfanne bestehen könnte. Eine solche zu- 65 durch das geringe spezifische Gewicht von Aluminium,

sätzliche Beheizung in der Periode der Fein-Entphos- weil sonst das Aluminium nicht oder nur zu einem gerin-

phorung hängt natürlich auch sehr stark von der Größe gen Prozentsatz durch die Schlackenschicht hindurch in

der Pfanne, der abgestochenen Stahlmenge sowie au- den Stahl gelangen würde.

Das nachfolgende Legieren mit nicht sauerstoffaffinen Elementen (z. B. Nickel) geschieht in üblicher Weise. Zu diesem Zeitpunkt hat der Stahl eine Temperatur von ca. 100 bis 150⁰C oberhalb seiner 'Jquidustemperatur und in etwa folgenden Verunreinigungen: max. 0,005% Phosphor. 0.020% Schwefel, 30 ppm Sauerstoff und 6 ppm Wasserstoff. Die Schlackenzusammensetzung hat sich durch die Desoxidation dahingehend geändert, daß zu einem erheblichen Prozentsatz Aluminiumoxid hinzugekommen ist Bei der nun folgenden Ent- Schwefelung durch Einblasen von Kalk- und Flußmittelgemischen mit Argon als Treibgas wird wie bei der Entphosphorung das Gegenstromprinzip angewendet. Dadurch erreicht man Schwefelgehalte unter 0,003% und hat am Ende der Behandlung eine reine Kalk-Flußmittel-Schlacke. Als Flußmittel — ebenso wie bei der vorhergegangenen zweiten Entphosphorungsstufe — wird Kalziumfluorid (Flußspat) verwendet

Nach der Entschwefelung wird der .^ctahl einer Vakuumbehandlung unterworfen, wobei durch die Phasen- grenzreaktion zwischen Stahl und Schlacke und den weiter herabgesenkten Sauerstoffgehalt eine zusätzliche Entschwefelung stattfindet

Der Stahl hat am Ende der Behandlung etwa folgende Gehalte:

max. 0,005% Phosphor, 0,002% Schwefel, 10 ppm Sauerstoff und 1 ppm Wasserstoff. Der Kohlenstoffgehalt wird durch den Kohlenstoffgehalt der Legierungsmittel oder durch zusätzliches Einbringen von Kohle eingestellt Sollte es notwendig sein, wird zu diesem Zeit- punkt die Temperatur mit dem »ladle furnace« korrigiert

Der Stahl wird dann nach einem der üblichen Verfahren vergossen (Kokillen- und/oder Strangguß).

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl der im Konverter vorgeschi iolzen wird, wobei der Stahl nach der Kohlenstoffverbrennung in eine beheizbare Pfanne abgestochen wird, in der er nachfolgend zur Erhöhung des Reinheitsgrades behandelt wird, dadurch gekennzeichnet,