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Dokumentenidentifikation DE3587565T2 10.02.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0160376
Titel Verfahren zur Stahlherstellung in einem Sauerstoffaufblas-Konverter.
Anmelder Allegheny Ludlum Corp., Pittsburgh, Pa., US
Erfinder Tommaney, Joseph William, Sarver, PA 16055, US;
Bishop, Harry Logan, Jr., Delmar, NY 12054, US;
Shidemantle, David Rylott, Butler, PA 16001, US
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Ehnold, A., Dipl.-Ing.; Schuster, T., Dipl.-Phys.; Vogelsang-Wenke, H., Dipl.-Chem. Dipl.-Biol.Univ. Dr.rer.nat.; Goldbach, K., Dipl.-Ing.Dr.-Ing.; Aufenanger, M., Dipl.-Ing.; Klitzsch, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 3587565
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 15.03.1985
EP-Aktenzeichen 853018141
EP-Offenlegungsdatum 06.11.1985
EP date of grant 08.09.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.02.1994
IPC-Hauptklasse C21C 5/32

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Blasverfahren zur Raffination von geschmolzenem, nichtrostendem Stahl in einem Konvertergefäß. Insbesondere betrifft die Erfindung Aufblasverfahren zur Verbesserung der Entfernung von Kohlenstoff wie beispielsweise in einem Sauerstoffaufblasverfahren.

Es ist bekannt, Eisenmetalle in Konvertergefäßen für geschmolzenes Metall herzustellen, wobei man ein Verfahren zum Aufblasen von Sauerstoff durch eine Lanze einsetzt, die oberhalb des Schmelzbades angeordnet ist. Für diesen Zweck wird das Gefäß typischerweise mit 60 bis 80% heißem Metall, beispielsweise aus einem Hochofen, und 20 bis 40% einer kalten Beschickung beschickt, die eine eine große Menge Kohlenstoff enthaltende Chromlegierung und/oder Schrott aus nichtrostendem Stahl sein kann. Ein Aufblasen mit Sauerstoff wird durchgeführt, bis die Endkonzentration an Kohlenstoff im Bad auf einen Wert von etwa 0,035 bis 0,05% reduziert wurde. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Schmelzbadtemperatur typischerweise 3.400 bis 3.600ºF (1.871 bis 1.982ºC). Bei einem derartigen Kohlenstoffgehalt, der heute durch Verwendung eines Sauerstoffaufblas-Konverters erhalten werden kann, sind die Badtemperaturen ausreichend hoch, daß ein übermäßiger Verschleiß des feuerfesten Ofenmaterials auftritt. Derzeit erfordern viele Produktspezifikationen Kohlenstoffkonzentrationen, die unter 0,03% liegen. Das praktische Betreiben eines Standardsauerstoffaufblas-Konverters kann nicht zu derart niedrigen Kohlenstoffkonzentrationen führen.

Es ist auch bei Sauerstoffaufblasverfahren zur Stahlherstellung des vorliegenden Typs bekannt, ein Inertgas wie beispielsweise Argon mit dem Sauerstoff zu mischen, der dem Aufblasverfahren kurz vor dem Ende des Blaszyklus zugeführt wird. Obwohl Argon einer Verbesserung der Effizienz der Entfernung des Kohlenstoffs dient, können nichtsdestoweniger nichtrostende Stähle mit Kohlenstoffgehalten unter etwa 0,03% wirtschaftlich nicht auf reproduzierbarer Grundlage hergestellt werden.

Es wurde auch vorgeschlagen, ein Sauerstoffaufblas-Konvertergefäß zur Einführung eines Inertgases in das Schmelzbad von einem Punkt unterhalb der Oberfläche unter Verwendung von Blasdüsen oder porösen Pflöcken zu übernehmen, die am Boden des Gefäßes oder nahe dem Boden des Gefäßes angeordnet sind. Die gleichzeitig eingereichte, derzeit anhängige Anmeldung Nr. , eingereicht am offenbart ein Verfahren, das die Schritte umfaßt, daß man aus einer Lanze Sauerstoff und/oder eine Mischung aus Sauerstoff und einem Inertgas auf die Schmelzbadoberfläche oder unter die Oberfläche aufbläst, während man dem Bad Inertgas mit geringer Strömungsgeschwindigkeit von einem Punkt unterhalb der Oberfläche während des Aufblasens zuführt. Das über alles gesehene Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas wird während des Aufblasens allmählich abgesenkt. Der relative Anteil der aufgeblasenen Gase und des vom Boden eingeleiteten Inertgases bleiben im wesentlichen während des Verfahrens gleich.

Von anderen wurden Vorschläge gemacht, ein Aufblasen von Sauerstoff einzusetzen und Inertgase vom Boden des Gefäßes her einzublasen. Das US-Patent Nr. 3,325,278 (Erteilung: 13. Juni 1967) offenbart, daß man Sauerstoff auf die Schmelzbadoberfläche aufbläst, während man gleichzeitig ein Inertgas im unteren Teil des Bades mit einer Geschwindigkeit zuführt, die nicht größer ist als die Sauerstoffaufblasgeschwindigkeit. Das US-Patent Nr. 3,854,932 (Erteilung: 17. Dezember 1974) beschreibt ein Verfahren, bei dem man Sauerstoff aufbläst, während man ein inertes oder endothermes Gas durch eine Blasdüse am Boden des Gefäßes zuführt und während man in dem Konverter einen Druck unterhalb von Atmosphärendruck aufrechterhält.

Das US-Patent Nr. 4,280,838 (Erteilung: 28. Juli 1981) offenbart ein Verfahren, bei dem man Sauerstoff aufbläst und ein Gas, vornehmlich Kohlendioxid, durch Blasdüsen vom Boden des Gefäßes mit einer Geschwindigkeit einbläst, die ein kleiner Bruchteil der Geschwindigkeit des aufgeblasenen Sauerstoffs ist. Verschiedene andere Patente beschreiben Verfahren zum Aufblasen von Sauerstoff und Einblasen von Inertgas durch Blasdüsen vom Gefäßboden her als Funktion der Schlackekonzentration. Beispiele hierfür sind die US- Patente Nr. 3,860,418, 4,325,730, 4,334,922, 4,345,746 und 4,369,060.

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von nichtrostendem Stahl in einem Sauerstoffaufblas-Konverter durch gleichzeitiges Aufblasen von Sauerstoff und Einführen eines Inertgases von einem Punkt unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades bereitzustellen, in dem die Geschwindigkeit des aufgeblasenen Sauerstoffs allmählich abgesenkt wird, während die Geschwindigkeit des Inertgases, das an einer Stelle unterhalb der Schmelzbadoberfläche zugeführt wird, allmählich gesteigert wird.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von nichtrostendem Stahl in einem Aufblasgefäß für geschmolzenes Metall mit einer heißen Metallbeschickung unter Bildung eines Bades bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß man das Bad mit Sauerstoff aus einer Lanze durch Aufblasen behandelt, dem Bad Inertgas von einem Punkt unterhalb der Badoberfläche während des Aufblasens zuführt und dabei ein Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas von mehr als 1/1 einstellt und zunehmend das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas während des Aufblasens in dem Maße erniedrigt, wie sich der Kohlenstoffgehalt des Bades verringert, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Sauerstoff aus der Lanze auf oder unter die Oberfläche des Bades geblasen wird, ohne Schritte zu unternehmen, das Bad frei von Oberflächenschlacke zu halten, und daß das Aufblasen gestoppt wird, wenn ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03% erreicht ist, und wobei das Verhältnis geringer ist als 1/1 und die Badtemperatur 3.300ºF (1.816ºC) oder weniger beträgt.

Das US-Patent Nr. 3,860,418 offenbart ein Verfahren zur Raffination Chrom enthaltender Eisenschmelzen durch Aufblasen von Sauerstoff, bei dem die Oberfläche des Schmelzbades frei von Schlacke gehalten wird, um die Chromoxidation zu verringern.

Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den speziellen Beispielen.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von nichtrostendem Stahl in einem Aufblaskonvertergefäß mit einer heißen Metallbeschickung bereitgestellt, die ein Schmelzbad bildet. Das Verfahren schließt das Aufblasen von Sauerstoff aus einer Lanze auf oder unter die Schmelzbadoberfläche, ohne daß Schritte unternommen werden, das Bad frei von Oberflächenschlacke zu halten, und das Zuführen eines Inertgases zum Bad von einem Punkt unterhalb der Oberfläche während des Aufblasens ein. Dabei wird ein Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas von mehr als 1/1 eingestellt. Danach wird die Geschwindigkeit des aufgeblasenen Sauerstoffs zunehmend verringert, während man die Zugabe von Inertgas erhöht, wobei man zunehmend das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas während des Aufblasens in dem Maße verringert, wie sich der Kohlenstoffgehalt des Bades verringert. Das Aufblasen wird beendet, wenn der gewünschte Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03% erreicht ist, wenn das Verhältnis geringer als 1/1 ist und wenn die Schmelzbadtemperatur 3.300ºF (1.816ºC) oder weniger ist.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung von nichtrostendem Stahl in einem Aufblasgefäß aus Metall. Die Beschickung könnte vorlegiert sein, wobei sie im wesentlichen ausschließlich geschmolzenes Metall umfaßt, wie sie auch von einem Elektroofen stammen und relativ geringe Kohlenstoffkonzentrationen aufweisen könnte. Die Beschickung kann kalte Beschickungsmaterialien wie beispielsweise Schrott, Chrom und andere Materialien einschließen und höhere Kohlenstoffkonzentrationen aufweisen. Typischerweise weist ein Aufblasgefäß für geschmolzenes Metall wie beispielsweise ein Sauerstoffaufblas-Konverter eine Beschickung aus heißem Metall mit einem hohen Kohlenstoffgehalt und eine Beschickung aus einem kalten Material unter Bildung eines Bades auf.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung kann ein Sauerstoffaufblas-Konverter verwendet werden, der eine herkömmliche Lanze aufweist, die zur Einführung von Gas auf oder unter die Oberfläche der Beschickung in dem Gefäß geeignet ist, und der zusätzlich Einrichtungen wie beispielsweise Blasdüsen oder poröse Pflöcke aufweist, die im Boden oder nahe dem Boden des Gefäßes angeordnet sind, zur Zufuhr von Inertgas unter die Schmelzbadoberfläche. Die Lanze kann oberhalb des Bades angeordnet sein oder kann eine Lanze des Typs sein, der in das Bad eingetaucht werden kann. Beide praktischen Anwendungen sind herkömmlich und im Stand der Technik wohlbekannt.

Außerdem ist in Übereinstimmung mit der Erfindung zu Beginn des Blaszyklus das im Wege des Aufblasens durch die Lanze zugeführte Gas Sauerstoff. Dies etabliert ein hohes Verhältnis, relativ zu dem Inertgas, das an einem Punkt unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades zugeführt wird. Das Gesamtverhältnis Sauerstoff zu Inertgas wird zunehmend während des Blasens gesenkt. Bei Abschluß des Blasens ist das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas relativ niedrig, was aus einer Absenkung der durch Aufblasen zugeführten Sauerstoffmenge und einem Anstieg der Inertgasmenge resultiert. Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nur ein Teil eines Produktionsverfahrens sein kann, in dem kein Inertgas an einem Punkt unterhalb der Schmelzbadoberfläche zugeführt wird, beispielsweise durch Blasdüsen und/oder poröse Pflöcke, bevor oder nachdem das Verfahren der Erfindung angewendet wird. Es ist auch beabsichtigt, daß das Inertgas an einem Punkt unterhalb der Oberfläche intermittierend (periodisch) während des Aufblasens zugeführt werden kann.

Bei der Stahlherstellung kann es beispielsweise nötig sein, daß das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas abgesenkt wird, wenn der Blasprozeß fortschreitet. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei der Herstellung von nichtrostendem Stahl beispielsweise in Gefäßen angewendet werden, die für die Herstellung einer großen Vielzahl von Stählen geeignet sind. Noch spezieller wird bei Schmelzgutchargen von etwa 80 tons (73 metrische Tonnen) die Inertgasmenge, die an einem Punkt unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades zugeführt wird, zunehmend innerhalb des Bereichs von etwa 100 bis 7.500 NCFM (normal cubic feet per minute; 2,8 bis 212 Nm³/min (Normalkubikmeter pro Minute)) erhöht, und die Sauerstoffmenge wird zunehmend innerhalb des Bereichs von 6.500 bis 400 NCFM (184 bis 11 ,3 Nm³/min) abgesenkt. Auf Basis einer Produktion in Tonnen ändern sich die Strömungsgeschwindigkeiten von 1,25 auf 93,75 NCFM/ton (von 0,038 auf 2,9 Nm³/min/ metrische Tonne) bei Inertgas und von 81,25 auf 5 NCFM/ton (von 2,5 auf 0,15 Nm³/min/ metrische Tonne) bei Sauerstoff, oder etwa von 1 auf 100 NCFM/ton (von 0,03 auf 3 Nm³/min/metrische Tonne) bzw. von 85 auf 5 NCFM/ton (von 2,6 auf 0, 15 Nm³/min/ metrische Tonne).

Das in das geschmolzene Bad eingeführte inerte Gas dient vornehmlich zwei Zwecken. Zum einen verdünnt das inerte Gas das während der Entkohlung gebildete CO. Wenn ein Inertgas wie beispielsweise Argon mit dem Kohlenmonoxid gemischt wird, wird der Partialdruck von Kohlenmonoxid verringert, und die Reaktion Kohlenstoff plus Sauerstoff wird gegenüber der Metalloxidation, beispielsweise gegenüber der Reaktion Chrom plus Sauerstoff, begünstigt. Da das Konzentrationsniveau von Kohlenstoff im Schmelzbad verringert wird, wird mehr Inertgas benötigt, um diese Beziehung aufrechtzuerhalten. Zum anderen verursacht der Inertgasstrom vom Konverterboden her ein Bewegen und Rühren des Schmelzbades. Ein derartiger Rührvorgang führt zu einer Förderung der Durchmischung des Schmelzbades unter Förderung der Homogenität und zur Vermeidung einer Schichtenbildung der metallischen Komponenten in dem Schmelzbad.

Das hohe Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas könnte etwa 20/1 oder mehr zu Verfahrensbeginn sein und würde sich zu einem Verhältnis von etwa 1/3 oder niedriger am Ende des Blaszyklus entwickeln. Um in dieser Hinsicht noch genauer zu sein, ist das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas anfänglich etwa 20/1, bis die Menge an Kohlenstoff in dem Schmelzbad auf etwa 2%, vorzugsweise 1%, reduziert ist. Zu diesem Zeitpunkt wäre das Verhältnis dann etwa 3/1, bis die Kohlenstoffmenge im Schmelzbad auf einen Wert von etwa 0,5% reduziert ist. Danach wäre das Verhältnis etwa 1/1, bis die Kohlenstoffmenge im Bad auf einen Wert von etwa 0,08% reduziert ist, und danach wäre das Verhältnis etwa 1/3, bis der Blasvorgang abgeschlossen ist und ein gewünschter Kohlenstoffgehalt erreicht ist. In einigen Beispielen ist es wünschenswert, in der Endstufe des Blasvorgangs einen Anteil von 100% Inertgas zu verwenden, indem man das Aufblasen von Sauerstoff stoppt. Die fortlaufende Veränderung des Verhältnisses kann schrittweise erreicht werden, beispielsweise auf die oben genannten Werte, oder kann kontinuierlich und inkremental durchgeführt werden, um die gewünschten Verhältniswerte bei speziellen Kohlenstoffkonzentrationen zu erreichen. Mit der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung können Kohlenstoffgehalte von unter etwa 0,03% erreicht werden.

Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Inertgas ist im wesentlichen nicht reaktiv mit dem geschmolzenen Metall und kann Argon, Stickstoff, Xenon, Neon und dergleichen und Mischungen daraus sein. Es versteht sich, daß Stickstoff, auch wenn er vorliegend als ein Inertgas genannt wird, mit in dem Schmelzbad verbliebenen, nitridbildenden Bestandteilen reagieren könnte. Das Verfahren kann auch andere geeignete Gase einschließen, die endotherme Gase umfassen, wie beispielsweise Kohlendioxid. Der Begriff Inertgas, wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, schließt endotherme Gase ein. Das während des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendete Inertgas kann ein einzelnes Gas oder eine Mischung von Gasen sein, wobei die Mischung die gleiche oder eine im Verlauf des Blaszyklus variierende Zusammensetzung aufweisen kann, um das gewünschte Endkonzentrationsniveau von Kohlenstoff zu erreichen. Beispielsweise kann das Inertgas in einem Bereich des Blaszyklus Argon sein und in einem anderen Bereich Stickstoff.

Da herkömmliche Lanzen für spezielle Strömungsgeschwindigkeiten und spezielle Werte der Eindringung in ein Schmelzbad konzipiert sind, scheint es so, daß wenigstens zwei Lanzen unterschiedlichen Aufbaus nötig sind. Vorzugsweise wird in der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung eine erste oder gewöhnlich übliche Lanze anfänglich eingesetzt, die für die relativ hohen Sauerstoff-Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von beispielsweise 4.000 bis 7.000 NCFM (113 bis 198 Nm³/min) in Schmelzgutchargen von 80 tons (73 metrischen Tonnen) geeignet sind. Auf Basis der Gesamtproduktion in Tonnen errechnet sich der Bereich zu 50 bis 87,5 NCFM/ton (1,55 bis 2,7 Nm³/min/metrische Tonne) oder etwa 50 bis 100 NCFM/ton (1,5 bis 3 Nm³/min/metrische Tonne). Während des letzten Zeitbereichs des Blaszyklus, in dem niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, wird statt dessen eine zweite oder Speziallanze eingesetzt, die für diese niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten geeignet ist. Insbesondere wäre diese zweite Lanze für Sauerstoff-Strömungsgeschwindigkeiten von weniger als etwa 4.000 NCFM (113 Nm³/min) geeignet und für so niedrige Strömungsgeschwindigkeiten wie etwa 100 NCFM (2,8 Nm³/min). Auf der Basis der Gesamtproduktion in Tonnen rechnet sich der Bereich um auf 1,25 bis 50 NCFM/ton (0,038 bis 1,55 Nm³/min/metrische Tonne) oder etwa 1 bis 50 NCFM/ton (0,02 bis 2 Nm³/min/metrische Tonne). Es ist jedoch bevorzugt, daß eine einzige Lanze mit einem breiten Bereich an Strömungsgeschwindigkeiten im gesamten Bereich von beispielsweise 100 bis 7.000 NCFM verwendet wird, um die gewünschten Sauerstoff-zu- Inertgas-Verhältnismengen bereitzustellen. Außerdem wird dann, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten durch die Blasdüsen auf einen Wert bis zu etwa 7.500 NCFM (212 Nm³/min) erstreckt werden, die zweite Aufblaslanze, die zum Erhalt der niedrigen Aufblasgas-Strömungsgeschwindigkeiten nützlich ist, nicht mehr benötigt, um die gewünschten Sauerstoff-zu-Inertgas-Verhältnismengen zu erreichen.

Im Wege eines speziellen Beispiels und zum Vergleich mit der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wurden nichtrostende Stähle der AISI-Typen 405DR, 409 und 413 hergestellt unter Anwendung

(1) eines Standard-BOF-Verfahrens (BOF = basic oxygen furnace; Sauerstoffaufblas- Konverter), in dem Sauerstoff auf und unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades aufgeblasen wurde;

(2) eines Mischgasaufblasvorgangs in einem BOF-Verfahren, in dem Sauerstoff aus einer Lanze auf und unter die Oberfläche des Schmelzbades geblasen und Argon mit dem Sauerstoff aus der Lanze nahe dem Ende des Blaszyklus gemischt wurde; und

(3) eines AOD-Raffinierverfahrens (AOD = argon, oxygen, decarburization; Argon, Sauerstoff, Entkohlung), in dem eine Kombination aus Sauerstoff und Argon in die Schmelze eingeblasen wurde, um den Kohlenstoffgehalt auf die gewünschte Endkonzentration abzusenken.

Um die relative Effizienz der verschiedenen praktischen Schmelzverfahren zu bestimmen, erfolgte eine Bestimmung des Metalloxidationsfaktors. Das Schlüsselkriterium für die Effizienz des Schmelzvorgangs ist der Metalloxidationsfaktor, der definiert ist als die Prozentmenge der Schmelzbadzubereitung (außer Kohlenstoff und Silicium), die während des Blasvorgangs oxidiert wird. Das Standardverfahren zur Bestimmung des Metalloxidationsfaktors nimmt an, daß das Endprodukt der Reaktion Kohlenstoff plus Sauerstoff 100% CO ist oder daß das CO/CO&sub2;-Verhältnis bekannt ist. Der Faktor wird dann in der Weise berechnet, daß man die Menge an Sauerstoff, die mit den bekannten Mengen an Kohlenstoff und Silicium reagiert, subtrahiert von der Gesamtmenge Sauerstoff, die aufgeblasen wurde, um die Gesamtmenge Sauerstoff zu bestimmen, die zur Oxidation der Metalle Verwendung fand. Auf der Grundlage des Produkts der Gesamtbeschickung wird die Prozentmenge an oxidierten Metallen gefunden. Es ist wünschenswert, daß der Metalloxidationsfaktor so niedrig wie möglich gehalten wird.

Tabelle
Durchgeführtes Verfahren Schmelzcharge Nr. Typ End-Blastemperatur Konzentration Am Ende des Blasvorgangs Nach der Reduktion Am Ende Metalloxidationsfaktor Standard-BOF-Verfahren Mittelwert Mischgas-Aufblasverfahren AOD-Verfahren Aufblasen von Sauerstoff und Einleiten von Inertgas am Boden des Konverters (erfindungsgemäß) Anmerkung: *) Es wurde in allen Fällen auf eine Endkohlenstoffkonzentration von weniger als 0,03% abgehoben.

Die in der Tabelle angegebenen Standard-BOF-Schmelzchargen aus nichtrostendem Stahl des AISI-Typs 409 wurden aus einer Beschickung von 80 tons (73 metrische Tonnen) aus etwa 70 bis 80% heißem Metall und 20 bis 30% Schrott aus Chromlegierung mit hohem Kohlenstoffgehalt und aus nichtrostendem Stahl hergestellt. Ein Aufblasen von Sauerstoff erfolgte mit einer Geschwindigkeit von etwa 6.500 NCFM (normal cubic feet per minute; 184 Nm³/min) aus einer Aufblaslanze, die oberhalb des Schmelzbades in einer Entfernung in einem Bereich von 30 bis 80 in (762 bis 2.032 mm) angeordnet war. Das Aufblasen von Sauerstoff wurde bis zu der Umlege- oder Blasendtemperatur fortgesetzt, die in der Tabelle angegeben ist.

Die Schmelzchargen des Mischgasaufblasverfahrens aus Stahl des AISI-Typs 405 wurden in ähnlicher Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß Argon mit Sauerstoff nahe beim Ende des Blasvorgangs in Übereinstimmung mit den folgenden Daten gemischt wurde:

Gesamtmenge O&sub2;-Strömungsgeschwindigkeit Ar-Strömungsgeschwindigkeit

Die vier Schmelzchargen für das AOD-Verfahren aus nichtrostenden Stählen des AISI-Typs 413 wurden in herkömmlicher Weise durch Raffinieren mit einer Kombination aus Sauerstoff und Argon hergestellt. Das kombinierte Verfahren unter Aufblasen von Sauerstoff und Einblasen von Inertgas vom Boden des Konverters her in Übereinstimmung mit der praktischen Durchführung der Erfindung wurde durchgeführt, um Schmelzchargen aus nichtrostendem Stahl der AISI-Typen 409 und 413 herzustellen. Argon wurde durch drei Boden-Blasdüsen zugeführt, die in einem Dreiecksmuster nahe dem Boden des BOF- Konvertergefäßes angeordnet waren. Die Gesamtströmungsgeschwindigkeiten von Argon vom Konverterboden her während des Blasverfahrens lagen im Bereich von 600 bis 1.200 NCFM (17 bis 34 Nm³/min). Sauerstoff wurde mit Geschwindigkeiten von 4.000 bis 6.500 NCFM (113 bis 184 Nm³/min) unter Verwendung einer üblichen Dreiloch-BOF-Lanze aufgeblasen. Diese übliche Lanze wurde durch eine spezielle Lanze für niedrige Strömungsgeschwindigkeiten mit einem Loch ersetzt, um Sauerstoff-zu-Argon-Verhältnisse von 1/1 und niedriger zu erreichen. Die Sauerstoff-Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Bereichs von 400 bis 1.200 NCFM (11 bis 34 Nm³/min) wurden durch Verwendung einer besonderen Lanze erhalten. Die Daten für den Blaszyklus bei diesen Schmelzchargen waren die folgenden:

Lanzentyp Verhältnis O&sub2;-Strömungsgeschwindigkeit Ar-Strömungsgeschwindigkeit Gesamtströmungsgeschwindigkeit Üblich Speziell

Diese Schmelzchargen wurden durch Einfüllen von 130.000 pounds (58.967 kg) heißen Metalls in das BOF-Konvertergefäß hergestellt. Die feste Beschickung bestand aus 35.000 pounds (15.876 kg) einer Mischung aus 52% Chrom und Ferrochrom mit einem hohen Kohlenstoffgehalt, die dem Gefäß in zwei Chargen zugesetzt wurde, nachdem zwischen 20.000 und 60.000 ft³ (567 bis 1.700 m³) Sauerstoff aufgeblasen worden waren. Etwa 1 Minute nach dem Beginn des Blasens wurden dem Gefäß 3.000 pounds (1.361 kg) Dolomit und 9.000 pounds (4.082 kg) gebrannter Kalk für jede der Schmelzchargen zugesetzt. Eine Reduktionsmischung, die aus Chromsilicid und Kalk in einer Menge bestand, die zur Erreichung eines CaO/SiO&sub2;-Verhältnisses von 2/1 ausreichend war, wurde nach dem Ende des Blasvorgangs zugesetzt. Die Reduktionsmischung wurde mit 1.200 NCFM (34 Nm³/min) Argon aus den Blasdüsen für etwa 5 Minuten gerührt.

Es kann aus den Daten des Blasvorgangs ersehen werden, daß die kombinierte Gesamtströmungsgeschwindigkeit aus aufgeblasenen und am Konverterboden zugeführten Gasen während des Blaszyklus zunehmend gesenkt wurde. Die Gesamtströmungsgeschwindigkeit bei Ende des Verfahrens ist geringer als 50%, noch spezieller etwa 25%, der Gesamtströmungsgeschwindigkeit zu Beginn des Verfahrens. Es ist wünschenswert, die Gesamtströmungsgeschwindigkeit während des Verfahrens im wesentlichen konstant zu halten. Die Gesamtströmungsgeschwindigkeit wurde jedoch begrenzt durch die Maximalströmungsgeschwindigkeit, die für die Strömung durch die Blasdüsen am Konverterboden erreichbar war.

Das Beispiel zeigt, daß selbst bei den verringerten Strömungsgeschwindigkeiten das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgreich den Kohlenstoffgehalt auf die gewünschten Konzentrationen absenkte.

In Bezug auf das Erreichen der gewünschten Kohlenstoff-Zielkonzentration von 0,03% oder weniger kann aus der Tabelle ersehen werden, daß sowohl bei den mit dem AOD-Verfahren behandelten Schmelzchargen als auch bei den Schmelzchargen, die mit dem kombinierten Aufblas- und Bodenblasverfahren in Übereinstimmung mit der Erfindung behandelt wurden, leicht diese Kohlenstoffkonzentration erreicht wurden. Dem gegenüber erfüllte keine der Schmelzchargen, die mit dem herkömmlichen BOF-Verfahren behandelt worden waren, die Erfordernisse einer Maximalkonzentration von 0,03% Kohlenstoff. Es kann beobachtet werden, daß alle Schmelzchargen, die durch Aufblasen einer Gasmischung behandelt worden waren, am Ende des Blaszyklus unterhalb der Konzentration an Kohlenstoff von 0,03% lagen, jedoch nur eine der Schmelzchargen lag bei der abschließenden Analyse unter diesem Wert. Dies zeigt eine Schichtenbildung bei Kohlenstoff in dem Schmelzbad an, die aus einem Fehlen einer Rühreinwirkung des Typs resultiert, wie sie bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung unter Aufblasen von Sauerstoff und Einblasen von Inertgas vom Konverterboden her erreicht wird.

Von den verschiedenen, dem Bericht zugrundeliegenden praktischen Schmelzverfähren führte nur das herkömmliche BOF-Verfahren zu Temperaturen, die vom Standpunkt, daß ein übermäßiger Verschleiß des Feuerfest-Materials hervorgerufen wurde und dies den Zusatz von kaltem Schrott zum Kühlen des Schmelzbades erforderte, übermäßig hoch waren. Das Schlüsselkriterium für die Schmelzeffizienz ist der Metalloxidationsfaktor. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die gewünschte Kohlenstoffkonzentration bei niedrigeren Temperaturen und bei Einhalten eines niedrigeren Metalloxidationsfaktors erreicht wurde.

Die typische Badtemperatur bei Ende des Blasverfahrens liegt unterhalb von 3.300ºF und vorzugsweise zwischen 3.100 und 3.300ºF (1.704,5 bis 1.815,5ºC).

Wie es auch die Aufgabe war, besteht die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung von nichtrostendem Stahl mit Kohlenstoffgehalten von weniger als 0,03% in einem Aufblaskonvertergefäß. Das Verfahren hat den Vorteil einer Verringerung der Oxidation wertvoller Metallkomponenten wie beispielsweise Chrom, da es Endtemperaturen des Blasvorgangs von unter 3.300ºF aufweist. Außerdem ist das Verfahren nützlich im Hinblick auf eine Nachrüstung bestehender Anlagen unter Verwendung herkömmlicher Aufblaslanzen und am Konverterboden angeordneter Blasdüsen und/oder -pflöcke.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung nichtrostenden Stahls in einem Aufblaskonvertergefäß für geschmolzenes Metall mit einer heißen Metallbeschickung unter Bildung eines Schmelzbades, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß man - das Bad mit Sauerstoff aus einer Lanze durch Aufblasen beaufschlagt; - dem Schmelzbad Inertgas von einem Punkt unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades während des Aufblasvorgangs zuführt und dadurch ein Verhältnis von Sauerstoff zu Inertgas von über 1/1 einstellt; und - zunehmend das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas während des Aufblasvorgangs in dem Maße absenkt, wie sich der Kohlenstoffgehalt des Schmelzbades verringert; dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff aus der Lanze auf die Oberfläche oder unter die Oberfläche des Schmelzbades geblasen wird, ohne Schritte zu unternehmen, das Schmelzbad frei von Oberflächenschlacke zu halten, und daß das Aufblasen gestoppt wird, wenn ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03% erreicht ist, wobei das Verhältnis geringer als 1/1 ist und die Badtemperatur bei 3.300ºF (1.816ºC) oder niedriger liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem während des Aufblasens die unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades zugeführte Inertgasmenge in dem Bereich von 1 bis 100 Normalkubikfuß pro Minute pro ton erhöht wird (etwa 0,03 bis 3 Normalkubikmeter pro Minute pro metrische Tonne).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin während des Aufblasens die Sauerstoffmenge in dem Bereich von 85 bis 5 Normalkubikfuß pro Minute pro ton gesenkt wird (etwa 2,6 bis 0, 15 Normalkubikmeter pro Minute pro metrische Tonne).

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas zunehmend während des Aufblasens von 20/1 oder mehr auf 1/3 oder weniger gesenkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin während des Aufblasens das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas bei einem hohen Verhältniswert von im wesentlichen 11/1 gehalten wird, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Bad auf einen Wert von im wesentlichen 1% verringert ist, bei einem Verhältnis von im wesentlichen 3/1 gehalten wird, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Schmelzbad auf im wesentlichen 0,5% verringert ist, im wesentlichen bei 1/1 gehalten wird, bis der Kohlenstoffgehalt in dem Schmelzbad auf im wesentlichen 0,08% verringert ist, und im wesentlichen bei 1/3 gehalten wird, bis der Blasvorgang abgeschlossen ist und ein gewünschter Kohlenstoffgehalt erreicht wurde.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin der gewünschte Kohlenstoffgehalt geringer ist als 0,03%.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das dem Schmelzbad zugeführte Inertgas Argon, Stickstoff, Xenon, Neon und dergleichen oder Kohlendioxid oder Mischungen daraus ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die vereinigte Gesamtströmungsgeschwindigkeit von aufgeblasenen und vom Konverterboden her eingeführten Gasen zunehmend während des Blaszyklus gesenkt wird, so daß die Gesamtströmungsgeschwindigkeit am Ende geringer ist als 50% der Gesamtströmungsgeschwindigkeit zu Beginn.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Schmelzbad eine heiße Metallbeschickung mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Schmelzbad eine heiße Metallbeschickung mit hohem Kohlenstoffgehalt und eine kalte Materialbeschickung enthält.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Inertgas unterhalb der Schmelzbadoberfläche zugeführt wird, bevor man mit dem Aufblasen beginnt.

12. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, worin die Endstufe des Blasvorgangs das Einblasen von ausschließlich Inertgas einschließt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Gesamtströmungsgeschwindigkeit von aufgeblasenen und vom Konverterboden her zugeführten Gasen im wesentlichen konstant ist.

14. Verfahren zur Herstellung von nichtrostendem Stahl in einem Aufblaskonvertergefäß für geschmolzenes Metall mit einer heißen Metallbeschickung unter Bildung eines Schmelzbades, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß man

- das Bad mit Sauerstoff aus einer Lanze durch Aufblasen beaufschlagt;

- dem Schmelzbad von einem Punkt unterhalb der Oberfläche des Schmelzbades während des Aufblasens Inertgas zuführt und dadurch ein Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas von mehr als 1/1 einstellt; und

- zunehmend das Verhältnis Sauerstoff zu Inertgas während des Aufblasens in dem Maße senkt, wie sich der Kohlenstoffgehalt des Bades verringert;

dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff aus der Lanze auf die Oberfläche des Bades oder unterhalb der Oberfläche des Bades geblasen wird, ohne Schritte zu unternehmen, um das Schmelzbad frei von Oberflächenschlacke zu halten, daß die Menge an aufgeblasenem Sauerstoff verringert und die Zufuhrmenge an Inertgas erhöht wird, um eine im wesentlichen konstante Gesamtströmungsgeschwindigkeit von aufgeblasenen und vom Konverterboden her zugeführten Gasen aufrechtzuerhalten, und daß das Aufblasen gestoppt wird, wenn ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03% erreicht ist, und wobei das Verhältnis geringer als 1/1 ist und die Badtemperatur 3.300ºF (1.816ºC) oder weniger beträgt.







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