DE3586970T2

DE3586970T2 - Verfahren zum herstellen von stahl in einem aufblaskonverter.

Info

Publication number: DE3586970T2
Application number: DE8585301811T
Authority: DE
Inventors: Bishop, Jr; Joseph William Tommaney
Original assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Corp
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1985-03-15
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2005-03-16
Also published as: DE3586970D1; EP0160374B1; KR850007806A; JPS60230927A; CA1237585A; EP0160374A3; JPH0243803B2; MX163929B; ATE84575T1; BR8500906A; KR910008143B1; US4514220A; EP0160374A2

Description

Diese Erfindung betrifft Blasverfahren zum Raffinieren von geschmolzenem Metall in einem Konverter (Behälter). Die Erfindung betrifft insbesondere Aufblasverfahren zur Verbesserung der Entfernung von Kohlenstoff, beispielsweise in einem Sauerstoffaufblasverfahren.
Es ist bekannt, Eisenmetalle in Metallschmelzen-Konvertern (-Behältern) herzustellen, in denen ein Aufblasen mit Sauerstoff durch eine oberhalb des Bades angeordnete Lanze angewendet wird. Zu diesem Zweck wird der Konverter, beispielsweise ein Sauerstoffaufblas-Konverter in der Regel beschickt mit 60 bis 80% heißem Metall (Roheisen) aus beispielsweise einem Hochofen und 20 bis 40% einer kalten Beschickung, bei der es sich um eine Chromlegierung mit hohem Kohlenstoffgehalt und/oder rostfreien Stahlschrott handeln kann. Das Sauerstoff-Aufblasen wird durchgeführt, bis der Sauerstoffgehalt in dem Endbad auf einen Wert von etwa 0,035 bis 0,05% herabgesetzt worden ist; zu diesem Zeitpunkt beträgt die Badtemperatur in der Regel 3400 bis 3600ºF (1871 bis 1982ºC). Bei einem solchen Kohlenstoffgehalt, der häufig erzielt werden kann durch Verwendung eines Sauerstoff-Aufblas-Konverters, sind die Badtemperaturen hoch genug, so daß ein übermäßiger Verschleiß an dem feuerfesten Material auftritt, so daß die Zufuhr von Schrott zum Abkühlen des Bades erforderlich ist. Derzeit erfordern viele Produktspezifikationen Kohlenstoffgehalte von weniger als 0,03%. Bei der üblichen Arbeitsweise in einem Sauerstoff-Aufblasofen können derart niedrige Kohlenstoffgehalte nicht erreicht werden.
Es ist auch bekannt, in Sauerstoff-Aufblas-Stahlherstellungsverfahren dieses Typs ein Inertgas wie Argon mit dem Sauerstoff zu mischen, der durch Aufblasen in der Nähe des Endes des Blasezyklus eingeführt wird. Obgleich das Argon dazu dient, den Wirkungsgrad der Kohlenstoffentfernung zu verbessern, können dennoch rostfreie Stähle mit Kohlenstoffgehalten von weniger als etwa 0,03% nicht kommerziell auf kontinuierlicher Basis hergestellt werden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, einen Sauerstoff-Aufblas- Konverter so anzupassen, daß ein Inertgas in das Bad von unten her unter die Oberfläche desselben eingeleitet werden kann durch Verwendung von Düsen (Blasformen) oder porösen Stöpseln, die im oder in der Nähe des Bodens des Konverters angeordnet sind. Eine praktische Ausführungsform umfaßt die Erhöhung der Rate des von unten her unter die Oberfläche des Bades eingeleiteten Inertgases und die Verminderung des Sauerstoffs, der nur durch Aufblasen von Sauerstoff eingeleitet wird in dem Maße wie die Raffinierung bei der Herstellung von Stählen fortschreitet. Ein solches Verfahren ist in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beschrieben. Insbesondere bei der Herstellung von rostfreiem Stahl, bei der ein Inertgas, das unter die Badoberfläche eingeleitet wird, in Kombination mit aufgeblasenem Sauerstoff verwendet wird, ist das Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas während des anfänglichen Blasens verhältnismäßig groß und muß, wenn das Blasen fortschreitet, herabgesetzt werden. Am Anfang ist die Rate des eingeleiteten Sauerstoffs signifikant höher als die Rate des eingeleiteten Inertgases; am Ende des Blasens ist jedoch die Rate des eingeleiteten Inertgases signifikant höher als die Rate des eingeleiteten Sauerstoffs. Deshalb müssen die in dem Konverter für die Inertgas-Einleitung vorgesehenen Düsen in der Lage sein, verhältnismäßig hohe Gasströmungsraten zu erlauben.
Es wurde von anderen bereits vorgeschlagen, nur solche Aufblasverfahren anzuwenden, bei denen Sauerstoff/Inertgas-Gemische eingesetzt werden. In dem US-Patent 4 397 685 (erteilt am 9. August 1983) ist ein Aufblasverfahren beschrieben, bei dem nur ein Sauerstoff/Inertgas-Gemisch verwendet wird, der Strom des Gemisches eingestellt wird und die Lanzenhöhe verringert wird, um niedrige Kohlenstoffgehalte zu erzielen. In dem US-Patent 3 867 134 (erteilt am 19. Februar 1975) ist ein Verfahren zum Aufblasen von Sauerstoff und danach eines Sauerstoff/- Inertgas-Gemisches beschrieben, bei dem die Zusammensetzung des Gemisches variiert. In dem US-Patent 3 307 937 (erteilt am 7. März 1967) ist das Aufblasen nur eines Inertgases und danach eines Sauerstoff/Inertgas-Gemisches und dann in einer Schlußbehandlung nur eines Inertgases beschrieben. In "Trans. ISIJ", Band 24, 3. April 1984, mit dem Titel "Production of Ultra Low Carbon Steel by Test Converter" von N. Harada et al. ist die Herstellung eines besonders kohlenstoffarmen Stahl mittels eines Konverter- Blasverfahrens beschrieben, bei dem Sauerstoff von oben eingeblasen und Argon vom Boden her in das geschmolzene Metall eingeleitet wird, dann ein Sauerstoff/Argon-Gemisch aufgeblasen und Argon weiterhin von unten her in die Schmelze eingeblasen wird.
In keinem dieser Patente wird jedoch die vorliegende Erfindung nahegelegt.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Stahl zu schaffen, bei dem die gleichen Kopflanzen während des gesamten Raffinierungsverfahrens verwendet werden, obgleich das Sauerstoff/Inertgas-Gesamtverhältnis des Verfahrens allmählich abnimmt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem der relative Gasstrom zwischen den Kopflanzen und den Düsen (Blasformen) oder porösen Stöpseln verhältnismäßig konstant bleibt.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Stahl zu schaffen, bei dem eine verhältnismäßig niedrige Inertgas-Strömungsrate durch die Düsen (Blasformen) des Konverters aufrechterhalten wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl in einem Aufblas-Schmelzkonverter, der beschickt wird mit einem heißen Metall (Roheisen) mit einem hohen Kohlenstoffgehalt und einer Chrom enthaltenden Legierung unter Bildung eines Bades, bei dem das geschmolzene Bad bis auf den gewünschten Kohlenstoffgehalt decarburiert wird durch Aufblasen eines Raffinierungsgases aus Sauerstoff und/oder einem Sauerstoff/Inertgas-Gemisch mittels einer Lanze auf oder unter die Oberfläche des Bades, wobei das Verfahren umfaßt das Aufblasen eines Raffinierungsgases, das im wesentlichen aus Sauerstoff besteht, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad mehr als im wesentlichen 1% beträgt, und aus einem Sauerstoff/Inertgas-Gemisch, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad weniger als im wesentlichen 1% beträgt; das kontinuierliche Einführen eines Inertgases in einer solchen Strömungsrate in das Bad von unten her unter die Oberfläche, daß sich ein Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas, die in das Bad eingeführt werden, von mehr als 1:1 einstellt, wenn das Aufblasen beginnt; die Verminderung des Aufblasens von Sauerstoff unter gleichzeitiger Erhöhung des Aufblasens von Inertgas, um das Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas allmählich zu verringern, wenn der Kohlenstoffgehalt während des Aufblasens herabgesetzt wird, während gleichzeitig das aufgeblasene Raffinierungsgas bei im wesentlichen der gleichen Gesamtströmungsrate gehalten wird; und das Abstoppen des Aufblasens, wenn das Verhältnis weniger als 1:1 beträgt, so daß das Bad raffiniert wird mit einer geringeren Oxidation der Legierungsmetalle.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl in einem Aufblas-Konverter, der eine ein Bad bildende heiße Metallcharge (Roheisencharge) aufweist. Das Verfahren umfaßt das Aufblasen eines Raffinierungsgases mittels einer Lanze auf oder unter die Oberfläche des Bades. Das Raffinierungsgas ist im wesentlichen Sauerstoff, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad mehr als etwa 1% beträgt, und ein Gemisch aus Sauerstoff und einem Inertgas, wenn der Kohlenstoffgehalt weniger als etwa 1% beträgt. Während des Aufblasens wird ein Inertgas unter die Oberfläche des Bades in einer geringen Strömungsrate eingeleitet. Wenn das Aufblasen beginnt, beträgt das Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas, die in das Bad eingeführt werden, mehr als 1:1. Wenn das Aufblasen fortschreitet bis auf einen Kohlenstoffgehalt von unter etwa 1%, ist das Aufblas-Raffiniergas ein Gemisch aus einem Inertgas und Sauerstoff und dann wird der aufgeblasene Sauerstoff vermindert, während das aufgeblasene Inertgas erhöht wird, wobei gleichzeitig die gleiche Gesamtströmungsrate von aufgeblasenem Raffinierungsgas im wesentlichen aufrechterhalten wird, so daß das Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas allmählich abnimmt, wenn der Kohlenstoffgehalt während des Aufblasens vermindert wird. Es wird im wesentlichen das gleiche relative Mengenverhältnis zwischen der Strömungsrate des aufgeblasenen Gases und der Strömungsrate des unter die Badoberfläche eingeführten Inertgases während der Blasestufen aufrechterhalten. Dann wird das Aufblasen gestoppt, wenn der End-Kohlenstoffgehalt erreicht ist und wenn das Verhältnis weniger als 1:1 beträgt, so daß das Bad raffiniert wird mit einer geringeren Oxidation von Legierungsmetallen.
Die gegebenenfalls angewendeten Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und aus den folgenden spezifischen Beispielen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Herstellung von Stahl in einem Aufblas-Metallschmelzen-Konverter. Die Charge kann vorlegiert sein und sie umfaßt im wesentlichen ein vollständig geschmolzenes Metall, wie es beispielsweise aus einem Elektroofen eingeführt werden kann, mit verhältnismäßig niedrigen Kohlenstoffgehalten. Die Beschickung kann auch kalte Beschickungsmaterialien umfassen, wie z. B. Schrott, Chrom und andere Materialien, die höhere Kohlenstoffgehalte aufweisen. In der Regel weist ein Aufblas-Metallschmelzen-Konverter, beispielsweise ein Sauerstoff-Aufblas-Konverter, eine heiße Metallcharge mit einem hohen Kohlenstoffgehalt und eine kalte Materialcharge auf, die ein Bad bilden.
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung kann ein Sauerstoff-Aufblas-Konverter mit einer konventionellen Lanze verwendet werden, die geeignet ist zur Einleitung eines Raffinierungsgases auf oder unter die Oberfläche der Charge innerhalb des Konverters und der zusätzlich Einrichtungen, wie z. B. Düsen (Blasformen) und/oder poröse Stöpsel, aufweist, die in oder in der Nähe des Bodens des Konverters angeordnet sind zur Einleitung eines Inertgases unter die Oberfläche des Bades. Die Lanze kann oberhalb des Bades herunterhängend angeordnet sein oder sie kann eine Lanze eines Typs sein, der in das Bad eintauchen kann, wobei beide praktischen Ausführungsformen konventionell und an sich bekannt sind. Erfindungsgemäß weist außerdem am Beginn des Blasezyklus das Raffinierungsgas, das durch die Lanze aufgeblasen wird, ein hohes Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas auf. In dieser Stufe kann das Inertgas auch allein durch die Bodendüsen eingeführt werden. Am Beginn kann das Aufblas-Gas zu 100% aus Sauerstoff bestehen, um ein Gesamt-Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas von 20 : 1 oder mehr zu erzielen. Das Gesamtverhältnis gilt für alle Gase, die sowohl von oben als auch von unten in das Bad eingeführt werden. Dieses Verhältnis ändert sich allmählich während des Blasens durch allmähliche Verringerung des Verhältnisses von Sauerstoff zu Inertgas in dem Aufblas-Gasgemisch und auf diese Weise nimmt das Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas ab. Am Schluß des Blasens liegt ein verhältnismäßig niedriges Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas vor. Gleichzeitig mit dem Aufblasen wird eine verhältnismäßig geringe Strömungsrate von Inertgas eingeführt und aufrechterhalten unterhalb der Oberfläche des Bades; vorzugsweise ist die Rate im wesentlichen konstant. Es ist klar, daß das erfindungsgemäßen Verfahren auch nur ein Teil eines Herstellungsverfahrens sein kann, bei dem kein Inertgas unter die Badoberfläche, beispielsweise durch Düsen und/oder poröse Stöpsel, eingeführt wird, bevor oder nachdem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Das Inertgas kann auch intermittierend während des Aufblasens unter die Oberfläche eingeführt werden.
Bei der Herstellung von rostfreiem Stahl ist es beispielsweise erforderlich, daß das Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas abnimmt, wenn das Blasen fortschreitet. Da dies erreicht wird durch das durch die Lanze von oben aufgeblasene Gas, ist es nicht erforderlich, Inertgasströmungsraten durch Düsen oder andere Einrichtungen unterhalb der Oberfläche des Bades über die Strömungsraten hinaus, die erforderlich sind für die Herstellung von Stählen, die verhältnismäßig niedrige Inertgasströmungsraten erfordern, wie z. B. eines niedriglegierten Kohlenstoffstahls, vorzusehen. Deshalb kann erfindungsgemäß der rostfreie Stahl in Konvertern hergestellt werden, die auch für die Herstellung einer Vielzahl von Stählen geeignet sind. Das unter die Oberfläche des Bades eingeführte Inertgas wird bei einer im wesentlichen konstanten Rate gehalten. Insbesondere kann bei Chargen (Schmelzen) von etwa 80 Tonnen (73 metrischen Tonnen) der Inertgasstrom unter die Oberfläche innerhalb des Bereiches von etwa 50 bis 1500 normal ft.³ pro Minute (1,4 bis 42,5 Nm³/min) liegen oder er kann, bezogen auf die Produktion, etwa 0,5 bis 20 NCFM/t (0,015 bis 0,621 NCMM/t), insbesondere 0,625 bis 18,75 NCFM/t (0,019 bis 0,582 NCMM/t) betragen.
Das in das geschmolzene Bad eingeleitete Inertgas dient in erster Linie zwei Zwecken. Erstens verdünnt das Inertgas das während der Decarburierung gebildete Kohlenmonoxid (CO). Wenn ein Inertgas wie Argon mit dem Kohlenmonoxid gemischt wird, wird der Partialdruck des Kohlenmonoxids vermindert und die Kohlenstoff plus Sauerstoff-Reaktion wird gegenüber der metallischen Oxidation, beispielsweise der Chrom plus Sauerstoff-Reaktion, begünstigt. Wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad vermindert wird, ist mehr Inertgas erforderlich, um diese Beziehung aufrechtzuerhalten. Zweitens wird der von unten eingeführte Inertgasstrom dazu verwendet, das Bad zu rühren. Dieses Rühren fördert die Durchmischung des Bades, um seine Homogenität zu erleichtern und um eine Schichtenbildung der Metalle in dem Bad zu vermeiden. Der von unten eingeführte Inertgasstrom wird bei einer niedrigen Rate gehalten, die während des Verfahrens sich geringfügig ändern kann. So kann es beispielsweise erwünscht sein, den von unten eingeführten Inertgasstrom geringfügig zu erhöhen, wenn die Badtemperatur steigt, um die Düsen ausreichend zu kühlen, um einen übermäßigen Verschleiß und eine übermäßige Erosion der Düsenspitze zu vermeiden.
Das Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas beträgt zu Beginn etwa 20/1 oder mehr und am Ende des Blaszyklus beträgt es etwa 1/3 oder weniger. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas beträgt insbesondere zu Beginn etwa 20/1 bis der Kohlenstoffgehalt in dem Bad auf etwa 2%, vorzugsweise 1%, vermindert ist, wobei zu diesem Zeitpunkt das Verhältnis etwa 3/1 beträgt, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Bad auf etwa 0,5% vermindert ist, dann beträgt das Verhältnis etwa 1/1, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Bad bis auf etwa 0,08% vermindert ist, und danach beträgt das Verhältnis etwa 1/3, bis das Blasen beendet wird und der gewünschte Kohlenstoffgehalt erreicht ist. In einigen Fällen ist es erwünscht, 100% Sauerstoff zu Beginn als Aufblas-Gas und/oder 100% Inertgas in der Endstufe des Aufblasens des Raffinierungsgases zu verwenden. Die allmähliche Änderung des Verhältnisses kann stufenweise erreicht werden, beispielsweise bei den oben angegebenen Werten oder sie kann kontinuierlich und portionsweise durchgeführt werden, um die gewünschten Verhältniswerte bei spezifischen Kohlenstoffgehalten zu erreichen. Durch die praktische Anwendung der Erfindung können Kohlenstoffgehalte von weniger als etwa 0,03% erreicht werden.
Das hier verwendete Inertgas reagiert im wesentlichen nicht mit dem geschmolzenen Metall und es kann sich dabei handeln um Argon, Stickstoff, Xenon, Neon und dgl. und Mischungen davon. Es ist klar, daß Stickstoff, obgleich es hier als Inertgas bezeichnet wird, mit irgendwelchen Nitrid-bildenden Bestandteilen, die in dem Bad verbleiben, reagieren kann. Das Verfahren kann auch andere geeignete Gase umfassen, zu denen endotherme Gase gehören, wie Kohlendioxid. Der hier verwendete Ausdruck "Inertgas" umfaßt endotherme Gase. Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Inertgas kann ein einzelnes Gas oder ein Gemisch von Gasen sein, das während des Blasezyklus die gleiche oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweist, um den gewünschten End-Kohlenstoffgehalt zu erzielen. Das Inertgas in dem aufgeblasenen Gemisch kann das gleiche sein oder es kann verschieden sein von dem Inertgas, das unter die Badoberfläche während irgendeines Abschnittes des Blasezyklus eingeführt wird.
Es kann auch Luft dazu verwendet werden, einen Teil oder das gesamte Sauerstoff/Inertgas-Gemisch des aufgeblasenen Raffinierungsgases, das in den Konverter eingeführt wird, zu liefern. Es kann trockene Luft dazu verwendet werden, ein Gemisch aus hauptsächlich Sauerstoff und Stickstoff in die Lanze zum Aufblasen einzuführen. Es kann trockene Luft allein oder in Kombination mit Sauerstoffgas und/oder Inertgas durch die Kopflanze eingeführt werden, um in dem aufgeblasenen Gas das gewünschte Sauerstoff/Inertgas-Verhältnis zu erzielen. Der hier verwendete Ausdruck "trockene Luft" steht für Luft, die den Bedingungen genügt, wie sie in dem US-Patent 4 260 415 (erteilt am 7. April 1981) angegeben sind.
Wie beschrieben, können konventionelle Lanzen verwendet werden. Konventionelle Lanzen sind bestimmt für spezifische Strömungsraten und eine spezifische Penetration in ein geschmolzenes Metallbad. Ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß im wesentlichen die gleiche Gesamtströmungsrate von Sauerstoff oder Sauerstoff/Inertgas-Gemischen während des gesamten Verfahrens in der Lanze aufrechterhalten wird, obgleich die Zusammensetzung des Aufblasgases variiert wird durch Verringerung des Sauerstoffgehaltes und Erhöhung des Inertgasgehaltes. Infolgedessen kann die gleiche Kopflanze während des gesamten Raffinierungsverfahrens verwendet werden, so lange die Gesamtströmungsrate im wesentlichen die gleiche ist und innerhalb des vorgesehenen Strömungsratenbereiches der Lanze liegt. Für die hier angesprochenen Zwecke ist eine reguläre Lanze, die bestimmt ist für eine Strömungsrate von 4000 bis 7000 NCFM (113 bis 198 Nm³/min) geeignet. Auf die Produktion bezogen, beträgt der Bereich etwa 50 bis 100 NCFM/t (1,55 bis 3,10 NCMM/t) oder insbesondere 50 bis 87,5 NCFM/t (1,548 bis 2,712 NCMM/t). Daraus ergibt sich, daß das relative Verhältnis zwischen der Strömungsrate des aufgeblasenen Gases und der Strömungsrate des von unten her eingeführten Inertgases während des Blaseverfahrens im wesentlichen das gleiche ist. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß die Gesamtströmungsrate des aufgeblasenen Raffinierungsgases während des Verfahrens ansteigen oder abnehmen kann.
Als spezifisches Beispiel und zum Vergleich mit der Praxis der vorliegenden Erfindung wurden rostfreie Stähle der AISI-Typen 405 DR, 409 und 413 hergestellt unter Anwendung (1) einer Standard-BOF-Praxis, bei der Sauerstoff auf und unter die Oberfläche des Bades geblasen wurde; (2) eines Mischgas-Aufblasens in einem BOF, wobei Sauerstoff aus einer Lanze auf und unter die Oberfläche des Bades geblasen wurde und Argongas mit dem Sauerstoff aus der Lanze in der Nähe des Endes des Blasezyklus gemischt wurde; und (3) einer AOD-Raffinierung, bei der eine Kombination aus Sauerstoff und Argon in die Schmelze eingeführt wurde, um den Kohlenstoffgehalt bis auf den gewünschten Endgehalt zu verringern.
Um die relativen Wirkungsgrade dieser verschiedenen Schmelzbehandlungen zu ermitteln, wurden die Metalloxidationsfaktoren bestimmt. Das Schlüsselkriterium für den Schmelzwirkungsgrad ist der Metalloxidationsfaktor, der definiert ist als der Prozentsatz der Badzusammensetzung, der, abgesehen von Kohlenstoff und Silicium, während des Blasens oxidiert wird. Das standardverfahren zur Bestimmung des Metalloxidationsfaktors geht davon aus, daß das Endprodukt der Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion 100 % CO ist oder daß das CO/CO&sub2;-Verhältnis bekannt ist. Der Faktor wird dann errechnet durch Subtrahieren der Menge an Sauerstoff, die mit dem bekannten Kohlenstoff und Silicium reagiert, von dem eingeblasenen Gesamtsauerstoff, um den für die Oxidation der Metalle verwendeten Gesamtsauerstoff zu bestimmen. Auf der Basis des Produkts der Gesamtcharge wird der Prozentsatz an oxidierten Metallen ermittelt. Es ist erwünscht, daß die Metalloxidationsfaktoren so niedrig wie möglich gehalten werden. Tabelle Charge Nr. Typ End-Blas-End-Blas-Temp. ºF (ºC) End-Blas-C-Gehalt % Nach der Reduktion % C Endgehalt an C in % Metalloxidationsfaktor Standard-BOF Durchschnittswert Mischgas-Aufblasen aufgeblasenes Gasgemisch von unten eingeleitetes Inertgas (erfindungsgemäß) * Der angestrebte Kohlenstoffgehalt in allen Fällen betrug weniger als 0,030%.
Die Standard-BOF-Chargen(-Schmelzen aus rostfreiem Stahl vom AISI-Typ 409, die in der Tabelle angegeben sind, wurden hergestellt aus einer 80 t (73 metrische Tonnen)- Charge aus etwa 70 bis 80% heißem Metall (Roheisen) und 20 bis 30% Chromlegierung mit hohem Kohlenstoffgehalt und Schrott aus rostfreiem Stahl. Das Sauerstoffaufblasen erfolgte in einer Rate von etwa 6500 NCFM (normal ft.³/min) (184 Nm³/min (NCMM)) aus einer Kopflanze, die oberhalb des Bades in einem Abstand innerhalb des Bereiches von 30 bis 80 inches (762 bis 2032 mm) angeordnet war. Das Sauerstoffaufblasen wurde fortgesetzt bis zur Umschlag- oder Endblastemperatur, die in der Tabelle angegeben ist.
Die Chargen (Schmelzen) aus AISI vom Typ 405, auf die ein Mischgas aufgeblasen wurde, wurden in ähnlicher Weise hergestellt, wobei diesmal jedoch Argon mit dem Sauerstoff in der Nähe des Endes des Blasens nach dem folgenden Plan gemischt wurde: Gesamtmenge O&sub2; NCF (NCM) O&sub2;-Strömungsrate Ar-Strömungsrate
Die vier AOD-Schmelzen aus rostfreiem Stahl vom AISI-Typ 413 wurden auf konventionelle Weise hergestellt durch Raffinieren mit einer Kombination aus Sauerstoff und Argon.
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine kombinierte Blasetechnik, bei der Sauerstoff/Inertgas-Gemische aus einer Kopflanze aufgeblasen werden gleichzeitig mit der Einleitung von Inertgas durch eine Bodendüse oder einen porösen Stöpsel während des Raffinierens. Es wurden sieben Chargen (Schmelzen) aus rostfreiem Stahl vom AISI-Typ 413, die auf diese Weise raffiniert worden waren, dazu verwendet, die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen kombinierten Blasetechnik zu demonstrieren.
Durch drei Düsen, die im Boden des Konverters angeordnet waren, wurde ein Inertgas eingeleitet. Die Gesamt-Boden- Strömungsraten während des Blasens lagen innerhalb des Bereiches von 110 bis 560 NCFM (3 bis 16 NCMM). Sauerstoff oder Gemische aus Sauerstoff und einem Inertgas wurden durch die Lanze in Gesamtströmungsraten von 6300 bis 6500 NCFM (178 bis 184 NCMM) entsprechend dem folgenden Plan aufgeblasen: Gesamtverhältnis O&sub2;/I ungefährer C-Gehalt in dem Bad in % Aufblas-Strömungsraten NCFM (NCMM) Boden-Inertgas-Strömungsrate
Die ersten drei Chargen (Schmelzen) wurden hergestellt durch Einführen von nominell 140 000 pounds (63 503 kg) eines heißen Metalls mit 3% C und 1% Si in den Konverter, der 30 000 pounds (13 608 kg) 62%-Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt enthielt. Die letzten vier Chargen (Schmelzen) wurden in ähnlicher Weise eingeführt, wobei diesmal etwa 130 000 pounds (5897 kg) heißes Metall (Roheisen) und 35 pounds (15 876 kg) 52%-Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt verwendet wurden. Etwa 1 min nach Beginn des Blasens wurden 3000 pounds (1361 kg) Dolomit und 5000 bis 7000 pounds (2268 bis 3175 kg) gebrannter Kalk dem Konverter zugesetzt. Eine Reduktionsmischung, bestehend aus reinem Aluminium, für die erste Charge (Schmelze), 75%-Ferrosilicium für die zweite und dritte Charge (Schmelze) und 50%-Ferrosilicium für den Rest der Chargen (Schmelzen) und Kalk (falls erforderlich) in einer zur Herabsetzung des Chromoxid-Gehaltes der Schlacke von etwa 50% auf etwa 5% ausreichenden Menge wurden nach dem Ende des Blasens zugegeben.
In bezug auf die Erzielung des gewünschten Kohlenstoffgehaltes von 0,03% oder weniger ist aus der Tabelle zu ersehen, daß sowohl die AOD-behandelten Chargen (Schmelzen) als auch die Chargen (Schmelzen), die nach dem erfindungsgemäßen Aufblasverfahren mit einem aufgeblasenen Gasgemisch und einem von unten eingeführten Inertgas behandelt wurden, diesen Kohlenstoffgehalt leicht erreichten; während keine der auf konventionelle Weise hergestellten BOF- Chargen (-Schmelzen) der Forderung nach einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,03% genügte. Es ist zu ersehen, daß alle Chargen (Schmelzen) mit einem aufgeblasenen Gasgemisch am Ende des Blasezyklus einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03% aufwiesen, daß jedoch nur eine der Chargen (Schmelzen) bei der Endanalyse einen geringeren als diesen Wert hatte. Dies deutet auf eine Schichtenbildung des Kohlenstoffs in dem Bad hin, die resultierte aus dem Fehlen einer Rührwirkung des Typs, wie sie mit der Aufblas- und Bodenblas-Praxis der vorliegenden Erfindung erzielt wird.
Unter den verschiedenen angegebenen Schmelzbehandlungen ergab nur die konventionelle BOF-Praxis übermäßig hohe Temperaturen, vom Standpunkt der Verursachung einer übermäßigen Abnutzung des feuerfesten Materials aus betrachtet, und machte die Zugabe von kaltem Schrott zum Kühlen des Bades erforderlich. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die typische Badtemperatur am Ende des Blasens bei unter 3300ºF (1815,5ºC) und vorzugsweise zwischen 3100 und 3300ºF (1704,5 bis 1815,5ºC), wodurch die Abnutzungs-Lebensdauer des feuerfesten Materials verbessert wird.
Wie es Ziel der Erfindung war, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, rostfreie Stähle kontinuierlich und reproduzierbar herzustellen, die Kohlenstoffgehalte von weniger als etwa 0,03% aufweisen. Das Verfahren bietet den Vorteil eines verbesserten Wirkungsgrades und einer verminderten Oxidation der wertvollen Metalle, wie Chrom, in der Charge, während gleichzeitig die End-Blastemperaturen unter 3300ºF (1815,5ºC) gehalten werden, um die Abnutzungslebensdauer des feuerfesten Materials zu verbessern. Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für die Nachrüstung einer bereits existierenden Vorrichtung, wie z. B. von BOF, ohne daß Kapitalinvestitionen für eine neue Gesamt-Vorrichtung erforderlich sind, und es kann unter Verwendung von konventionellen Kopflanzen und Bodendüsen und/oder -Stöpseln durchgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl in einem Aufblas-Schmelzkonverter mit einer Beschickung aus einem heißen Metall (Roheisen) mit hohem Kohlenstoffgehalt und einer Chrom enthaltenden Legierung unter Bildung eines Bades, wobei das geschmolzene Bad decarburiert wird bis auf den gewünschten Kohlenstoffgehalt durch Aufblasen eines Raffinierungsgases aus Sauerstoff und/oder einem Sauerstoff/Inertgas-Gemisch mittels einer Lanze auf oder unter die Oberfläche des Bades, wobei das Verfahren umfaßt:

das Aufblasen eines Raffinierungsgases, das im wesentlichen aus Sauerstoff besteht, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad mehr als im wesentlichen 1% beträgt, und das aus einem Sauerstoff/Inertgas-Gemisch besteht, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad weniger als im wesentlichen 1% beträgt;

das kontinuierliche Einführen eines Inertgases in einer solchen Strömungsrate in das Bad von unten her unter die Oberfläche, daß sich ein Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas, die in das Bad eingeführt werden, zu Beginn des Einblasens von mehr als 1:1 einstellt;

die Verminderung des aufgeblasenen Sauerstoffs unter gleichzeitiger Erhöhung des aufgeblasenen Inertgases, um so das Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas allmählich zu vermindern, wenn der Kohlenstoffgehalt während des Aufblasens herabgesetzt wird, während das Aufblas-Raffinierungsgas im wesentlichen bei der gleichen Gesamtströmungsrate gehalten wird; und

das Abstoppen des Aufblasens, wenn das Verhältnis weniger als 1/1 beträgt, so daß das Bad raffiniert wird bei einer geringeren Oxidation der Legierungsmetalle.

2. Verfahren zur Herstellung eines rostfreien Stahls in einem Aufblas-Metallschmelzen-Konverter mit einer heißen Metall (Roheisen)-Beschickung zur Bildung eines Bades, wobei das Verfahren umfaßt

das Aufblasen eines Raffinierungsgases mittels einer Lanze auf oder unter die Oberfläche des Bades, wobei das Raffinierungsgas im wesentlichen aus Sauerstoff besteht, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad mehr als im wesentlichen 1% beträgt, und aus einem Sauerstoff/Inertgas-Gemisch besteht, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad weniger als im wesentlichen 1% beträgt;

das Einführen eines Inertgases mit einer niedrigen Strömungsrate in das Bad von unten her unter die Oberfläche des Bades während des Aufblasens;

die Einstellung eines Gesamtverhältnisses von Sauerstoff zu Inertgas, die in das Bad eingeführt werden, auf mehr als 1:1, wenn das Aufblasen beginnt;

die Verminderung des aufgeblasenen Sauerstoffs unter gleichzeitiger Erhöhung des aufgeblasenen Inertgases, während im wesentlichen die gleiche Gesamtströmungsrate des aufgeblasenen Raffinierungsgases aufrechterhalten wird, um so das Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas allmählich herabzusetzen, bis der Kohlenstoffgehalt während des Aufblasens vermindert ist;

das Aufrechterhalten im wesentlichen des gleichen relativen Verhältnisses zwischen der Strömungsrate des aufgeblasenen Gases und der Strömungsrate des Inertgases, das unter die Badoberfläche eingeführt wird, während der Blasestufen und das Abstoppen des Aufblasens, wenn der gewünschte Kohlenstoffgehalt erreicht ist und wenn das genannte Verhältnis weniger als 1/1 beträgt, so daß das Bad raffiniert wird bei einer geringeren Oxidation der Legierungsmetalle.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin während des Aufblasens das von unten her unter die Oberfläche des Bades eingeführte Inertgas bei einer im wesentlichen konstanten Rate gehalten wird in Relation zu dem allmählich abnehmenden Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas in dem Aufblas- Gasgemisch.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das von unten her unter die Oberfläche des Bades eingeführte Inertgas bei einer im wesentlichen konstanten Rate innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 20 ft.³(0,014 bis 0,567 m³) pro Minute pro Tonne (0,015 bis 0,621 m³ pro Minute pro Tonne) gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Gesamtverhältnis von Sauerstoff zu Inertgas während des Aufblasens allmählich vermindert wird von 20/1 oder mehr auf 1/3 oder weniger.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin während des Aufblasens das Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas bei 20/1 oder mehr gehalten wird, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Bad auf im wesentlichen 1% vermindert ist, daß es im wesentlichen bei 3/1 gehalten wird, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Bad auf im wesentlichen 0,5% vermindert ist, daß es im wesentlichen bei 1/1 gehalten wird, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Bad auf im wesentlichen 0,08% vermindert ist, und bei 1/3 oder weniger gehalten wird, bis das Aufblasen beendet ist und der gewünschte Kohlenstoffgehalt erreicht ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der gewünschte Kohlenstoffgehalt weniger als 0,03% beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das in das Bad eingeführte Inertgas Argon, Stickstoff, Xenon, Neon oder Kohlendioxid oder irgendeine Mischung davon ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Badtemperatur am Ende des Blasens weniger als 3300ºF (1815,5ºC) beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 9, worin das relative Verhältnis zwischen der Strömungsrate des aufgeblasenen Gases und der Strömungsrate des unter die Oberfläche des Bades eingeführten Inertgases während der Blasestufen im wesentlichen das gleiche ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Inertgas von unten her unter die Badoberfläche eingeführt wird, bevor mit dem Aufblasen begonnen wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Raffinierungsgas vollständig aus Sauerstoff besteht, wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Bad mehr als im wesentlichen 2% beträgt, und daß es aus einem Sauerstoff/Inertgas-Gemisch besteht, wenn der Kohlenstoffgehalt weniger als im wesentlichen 2% beträgt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das aufgeblasene Raffinierungsgas in der Endstufe des Blasens vollständig aus Inertgas besteht, wenn der End-Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03% erzielt ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das gesamte oder ein Teil des Sauerstoff/Inertgas- Gemisches des aufgeblasenen Raffinierungsgases in Form von trockener Luft vorliegt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Bad eine Metallschmelzen (Roheisen)-Charge mit einem hohen Kohlenstoffgehalt und eine Charge aus einem kalten Material enthält.