DE2205206C2 - Process for desulfurization of steel - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung einer Stahlschmelze nach entsprechender Herabsetzung des Sauerstoffgehalts in einem Gefäß außerhalb der Erschmelzungseinheit und nach Abschlackung.The invention relates to a method for desulfurizing a steel melt after corresponding reduction of the oxygen content in a vessel outside the melting unit and after deslagging.
Üblicherweise ist es erstrebenswert, den Schwefelgehalt von Stahl herabzusetzen, da ein hoher Schwefelgehalt Rotbrüchigkeit und andere nachteilige Wirkungen in dem Endprodukt erzeugt. Viele bekannte Entschwefelungstechniken wurden bereits entwickelt, jedoch bedingen nahezu alle wirtschaftlich verwendeten Techniken eine erhebliche Behandlung der Schmelze im Ofen nach Abschluß des Erschmelzens. Beispielsweise ist es bekannt, daß die Entschwefelung mit großem Wirkungsgrad bei hohen Temperaturen und einem niedrigen Sauerstoffpotential stattfindet. Folglich wird Stahl normalerweise in dem Lichtbogenofen oder einer anderen Erschmelzungseinheit eine erhebliche Zeitspanne anschließend an das Schmelzen zum Zwecke der Überhitzung und Desoxydation gehalten, da der Stahl im erschmolzenen Zustand eine derartig große Sauerstoffmenge enthalten kann, daß eine wirkungsvolle Entschwefelung nicht stattfinden kann. Die zusätzliche Ofenverweilzeit ermöglicht es, in der Erschmelzungseinheit Schritte zu unternehmen, wie beispielsweise die Zugabe aktiver Desoxydationsmittel, von denen Aluminium ein gutes Beispiel darstellt, um sowohl den Sauerstoffgehalt zu verringern, als auch die Stahltemperatur zu erhöhen.It is usually desirable to reduce the sulfur content of steel because high sulfur content produces red brittleness and other adverse effects in the final product. Many known desulfurization techniques have been developed, but almost all techniques in commercial use require significant treatment of the melt in the furnace after melting is complete. For example, it is known that desulfurization occurs most efficiently at high temperatures and low oxygen potential. Consequently, steel is usually held in the arc furnace or other melting unit for a significant period of time following melting for the purpose of superheating and deoxidation because the steel in the molten state may contain such a large amount of oxygen that effective desulfurization cannot take place. The additional furnace residence time enables steps to be taken in the melting unit, such as the addition of active deoxidizers, of which aluminum is a good example, to both reduce the oxygen content and raise the steel temperature.
Ein wesentlicher Nachteil dieser verlängerten Ofenbehandlungszeit nach dem Schmelzen liegt darin, daß der Wirkungsgrad des Stahlherstellungsverfahrens verringert wird, daß der Ofen oder die andere Erschmelzungseinheit dadurch nicht voll genutzt ist. Ein Lichtbogenofen beispielsweise stellt einerseits eine Erschmelzungseinheit ausgesprochen hohen Wirkungsgrades dar, arbeitet jedoch andererseits als Einheit zum Feinen mit vergleichsweise schlechtem Wirkungsgrad und während der gesamten Zeit, während er zur Überhitzung und/oder zum Desoxydieren des Metalls betrieben wird, arbeitet er als Vorrichtung zum Feinen. Es ist als Tatsache anerkannt, daß durch die Überhitzung die Ausmauerung des Ofens sehr viel schneller erodiert wird, als es die normale Geschwindigkeit darstellt, wodurch die Kosten des Verfahrens vergrößert werden. Im Idealfall sollte die Erschmelzungseinheit lediglich zum Erschmelzen dienen und das Feinen (einschließlich der Entschwefelung), die Temperatursteuerung, die Desoxydation und das Legieren sollten in einer anschließenden Einheit erfolgen, da diese Kombination von Verfahrensschritten in effektivster Weise den Ofen nutzt, die Kosten minimiert und den Wirkungsgrad des gesamten Stahlherstellungsverfahrens maximiert.A major disadvantage of this extended post-melt furnace treatment time is that it reduces the efficiency of the steelmaking process because the furnace or other melting unit is not fully utilized. For example, an arc furnace is a very efficient melting unit, but operates as a refining unit with comparatively poor efficiency, and the whole time it is operating to superheat and/or deoxidize the metal it is operating as a refining device. It is a recognized fact that the superheating erodes the furnace lining much faster than the normal rate, thereby increasing the cost of the process. Ideally, the melting unit should be for melting only, and the refining (including desulphurization), temperature control, deoxidation and alloying should be carried out in a subsequent unit, as this combination of process steps makes the most effective use of the furnace, minimizes costs, and maximizes the efficiency of the overall steelmaking process.
Aus der DE-OS ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die Schwefel- und Sauerstoffreinigung in einer mittels Lichtbögen beheizbaren Vakuumpfanne erfolgen soll, wobei die Schmelze in einem Behälter mit basischer Schlackenlinie und im übrigen mit einer Ausfütterung behandelt wird, die kein Eindringen von Sauerstoff aus der Ausfütterung in die Schmelze zuläßt. In diesen Behälter wird die Schmelze eingegossen und anschließend erhitzt, wobei der Schmelze während des Erhitzens Kalk und/oder ein anderer basischer Schlackenbildner in einer eine hochbasische Schlacke bildenden Menge zugesetzt und in die Schlacke Aluminium zu Reduktionszwecken zugegeben wird. Anschließend wird die Schmelze mittels einer Vakuumentgasung und/oder Desoxydation unter Atmosphärendruck mittels Zusätzen gut desoxydiert, wobei während der gesamten Behandlung, beginnend mit der Kalkzugabe, die Schmelze umgerührt wird. Besonderer Wert wird bei diesem bekannten Verfahren darauf gelegt, daß in einem Behälter mit basischer Schlackenlinie und der oben beschriebenen Ausfütterung gearbeitet wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird in einer Folge nacheinander ablaufender Verfahrensschritte gearbeitet. gearbeitet.A process of the type mentioned at the beginning is known from DE-OS, in which the sulphur and oxygen purification is to take place in a vacuum ladle that can be heated by means of arcs, whereby the melt is treated in a container with a basic slag line and also with a lining that does not allow oxygen from the lining to penetrate into the melt. The melt is poured into this container and then heated, whereby lime and/or another basic slag former is added to the melt during heating in an amount that forms a highly basic slag and aluminium is added to the slag for reduction purposes. The melt is then well deoxidised by means of vacuum degassing and/or deoxidation under atmospheric pressure using additives, whereby the melt is stirred during the entire treatment, starting with the addition of lime. In this known process, particular importance is attached to the fact that work is carried out in a container with a basic slag line and the lining described above. This known process involves working in a series of sequential process steps.
Aus der US-PS 35 01 290 ist ferner ein Verfahren zur Vakuumentgasung von Stahlschmelzen bekannt, bei dem die Schmelze zunächst in ein Behandlungsgefäß gefüllt und dort während der Beheizung durch einen Wechselstrom-Lichtbogen, der während mindestens eines Teils der Behandlungszeit gezündet wird, entgast wird.Furthermore, US-PS 35 01 290 discloses a process for vacuum degassing of steel melts, in which the melt is first filled into a treatment vessel and is degassed there during heating by an alternating current arc which is ignited during at least part of the treatment time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Entschwefelung einer Stahlschmelze nach entsprechender Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes in einem Behälter außerhalb der Erschmelzungseinheit und nach Abschlackung zu schaffen, welches es ermöglicht, unter Verwendung der Wechselstrom-Lichtbogenbeheizung bei geringer Belastung der Ausfütterung die Entschwefelungsbedingungen zu optimierenThe invention is based on the object of creating a method for desulfurization of a steel melt after a corresponding reduction of the oxygen content in a container outside the melting unit and after deslagging, which makes it possible to optimize the desulfurization conditions using alternating current arc heating with a low load on the lining
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß die Schmelze in einer abschließenden Behandlung gleichzeitig folgenden Bedingungen ausgesetzt wird:
- a) Erzeugung eines absoluten Drucks nicht höher als 300 mm Hg,
- b) Inberührunghalten der Schmelze mit einer Entschwefelungsschlacke auf Kalkbasis, die ein Flußmittel enthält,
- c) Anwenden eines Spülgases, welches durch die Schmelze von einem gewählten Ausgangspunkt im Boden des Gefäßes nach oben sprudeln gelassen wird, derart, daß eine örtlich begrenzte, heftig kochende Bewegung an der Oberfläche der Schmelze erzeugt wird, wobei dieser örtlich begrenzte Schmelze erzeugt wird, wobei dieser örtlich begrenzte Bereich direkt senkrecht oberhalb des gewählten Ausgangspunktes des Spülgases liegt; und
- d) Aussetzen der Schmelze der Wirkung eines Wechelstromlichtbogens, welcher direkt zwischen nicht selbstverzehrenden Elektroden und dem örtlich begrenzten Bereich der heftig kochenden Oberfläche der Schmelze gezogen wird.
This object is achieved according to the invention in that the melt is simultaneously subjected to the following conditions in a final treatment:
- a) generating an absolute pressure not exceeding 300 mm Hg,
- b) keeping the melt in contact with a lime-based desulphurisation slag containing a flux,
- c) applying a purge gas which is bubbled upwards through the melt from a selected starting point in the bottom of the vessel so as to produce a localised, vigorous boiling motion at the surface of the melt, said localised region being located directly vertically above the selected starting point of the purge gas; and
- d) Exposing the melt to the action of an alternating current arc drawn directly between non-consumable electrodes and the localised area of the violently boiling surface of the melt.
Durch die Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß die abschließende Entschwefelungsbehandlung in Gefäßen mit konventionellen Ausfütterungen durchgeführt werden kann und keine aufwendigen Spezialausfütterungen erforderlich sind. Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die optimalen Entschwefelungsbedingungen, in denen Spülgas und Wechselstrom-Lichtbogen zusammen mit Vakuum gleichzeitig aufgebracht werden, jeweils in vergleichsweise kleinen örtlich begrenzten Bereichen der Schmelzoberfläche vorliegen, so daß es in diesen Bereichen zu einer lokalen Überhitzung und zu optimalen Entschwefelungsbedingungen kommt, welche jedoch die Ausfütterung nicht belasten. In diesen Bereichen kann ohne Belastung der Ausfütterung die Entschwefelungsschlacke optimal wirksam werden.The invention provides the particular advantage that the final desulfurization treatment can be carried out in vessels with conventional linings and no complex special linings are required. This is due to the fact that the optimal desulfurization conditions, in which purge gas and alternating current arc are applied simultaneously together with a vacuum, are present in comparatively small, localized areas of the melt surface, so that local overheating and optimal desulfurization conditions occur in these areas, which, however, do not place a strain on the lining. In these areas, the desulfurization slag can be optimally effective without placing a strain on the lining.
Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß die Entschwefelungsschlacke von der Schmelze abgezogen und daß eine zweite Entschwefelungsschlacke der Schmelze zugeführt wird.A preferred embodiment according to the invention consists in that the desulfurization slag is withdrawn from the melt and that a second desulfurization slag is fed to the melt.
Im einzelnen ist es bevorzugt, daß die Schlacke aus 90% Kalk und 10% Flußspat besteht.In particular, it is preferred that the slag consists of 90% lime and 10% fluorspar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigtIn the following, the invention is explained in more detail using an embodiment illustrated by way of example in the drawings. It shows
Fig. 1 ein schematisches Flußdiagramm, und Fig. 1 is a schematic flow diagram, and
Fig. 2 eine Ansicht in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Fig. 2 is a view on an enlarged scale compared to Fig. 1 of an apparatus for carrying out the method according to the invention.
In der Beschreibung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in beiden Figuren der Zeichnungen.In the description, like reference numerals refer to like parts in both figures of the drawings.
Ein üblicher Lichtbogenofen ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet. Im Verfahrensschritt 1 ist der Ofen, der eine Abstichhülle 11 und eine Schwelle 12 für die Charge und das Abschlacken aufweist, in einer Entschlackungsstellung veranschaulicht. Das heißt, der Ofen wurde entgegen dem Uhrzeigersinn geneigt und die Ofenschlacke 13 wird beispielsweise durch einen Entschlacker 14 von der Schmelze 15 entfernt. Vorzugsweise wird so viel Schlacke als möglich entfernt, da die Anwesenheit von aus der Erschmelzungseinheit stammender Schlacke während der späteren Entschwefelungsschritte die Neigung zeigt, den Wirkungsgrad der später erfolgenden Entschwefelung herabzusetzen.A typical arc furnace is designated 10 in Fig. 1. In process step 1, the furnace, which has a tapping shell 11 and a sill 12 for the charge and deslagging, is illustrated in a deslagging position. That is, the furnace has been tilted counterclockwise and the furnace slag 13 is removed from the melt 15 , for example by a deslagger 14. Preferably, as much slag as possible is removed, since the presence of slag from the melting unit during the later desulfurization steps tends to reduce the efficiency of the subsequent desulfurization.
Es sollte noch hervorgehoben werden, daß, obwohl ein Elektroofen dargestellt ist, die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf andere Erschmelzungseinheiten anwendbar ist, einschließlich und ohne Einschränkung Konverter und Siemens-Martin-Öfen.It should be emphasized that although an electric furnace is illustrated, the present invention is equally applicable to other smelting units, including without limitation converters and Siemens-Martin furnaces.
An diesem Punkt des Verfahrenszyklus kann die Stahlschmelze, welche zum Beispiel aus Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl besteht, bei vergleichsweise niedriger Temperatur von ungefähr 1577°C befindlich sein. Der Stahl liegt in oxydiertem Zustand vor und enthält folglich große Mengen an Sauerstoff. Er kann beispielsweise zwischen 100 bis 500 ppm O&sub2; enthalten, wobei die genaue Menge von verschiedenen Bedingungen abhängt, von denen die bedeutsamste normalerweise der Kohlenstoffgehalt ist, da die Aufnahmefähigkeit des Stahles für Sauerstoff desto größer ist, je niedriger der Kohlenstoffgehalt ist.At this point in the process cycle, the molten steel, which may be carbon steel or alloy steel, may be at a relatively low temperature of about 1577°C. The steel is in an oxidized state and consequently contains large amounts of oxygen. It may contain, for example, between 100 to 500 ppm O₂, the exact amount depending on various conditions, the most important of which is normally the carbon content, since the lower the carbon content, the greater the oxygen uptake capacity of the steel.
Weiterhin kann der Stahl an diesem Punkt des Verfahrenszyklus bereits einer geringfügigen, vorläufigen oder anfänglichen Entschwefelungsbehandlung unterzogen worden sein. Es kann beispielsweise zweckdienlich sein, eine anfängliche Zugabe von Aluminium zum Zwecke der Desoxydation des Stahles und eine anfängliche Behandlung zum Entfernen eines geringen Teiles des Schwefels vorzunehmen, jedoch wird eine derartige Behandlung, falls sie zur Anwendung gelangt, die Verweilzeit des Stahles in dem Ofen nicht wesentlich verlängern.Furthermore, at this point in the process cycle the steel may already have undergone a minor, preliminary or initial desulphurisation treatment. For example, it may be appropriate to provide an initial addition of aluminium to deoxidise the steel and an initial treatment to remove a small amount of the sulphur, but such treatment, if used, will not significantly increase the residence time of the steel in the furnace.
Der Zustand des Stahles an diesem Punkt in dem Verfahrenszyklus sollte den bekannten Verfahren gegenübergestellt werden, bei denen der Stahl kurz vor dem Abstich bei einer Temperatur von oder über 1687°C befindlich sein kann und erheblichen anfänglichen Entschwefelungsbehandlungen unterzogen worden sein kann, wobei beides erhebliche Verweilzeiten in dem Ofen nach dem Erschmelzen bedingt.The condition of the steel at this point in the process cycle should be contrasted with known processes where the steel may be at a temperature of or above 1687°C just prior to tapping and may have undergone significant initial desulfurization treatments, both of which require significant residence times in the furnace after melting.
Im Verfahrensschritt Nr. 2 von Fig. 1 ist die Charge beim Abstich in ein Gefäß 17 veranschaulicht. Bei diesem Beispiel besteht das Gefäß aus einer Gießpfanne mit Bodenausguß, die die übliche feuerfeste Ausfütterung und einen Gleitstopfen 16 aufweist. Eine der wesentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Entschwefelung in Anwesenheit von konventionellen feuerfesten Ausfütterungen in dem Reaktionsgefäß durchgeführt werden kann, wie beispielsweise Feuerton, Hochleistungstonerde oder andere allgemein verwendete Typen von feuerfesten Ausmauerungen. Es kann in einigen Fällen wünschenswert sein, eine feuerfeste Ausfütterung höherer Qualität im Bereich der Schlackenlinie des Gefäßes zu verwenden, und es wird hierzu häufig hochfeste Tonerde verwendet. Mit dieser Ausnahme jedoch können die Ausfütterungen des Gefäßes von der konventionellen Art sein und die oben angegebene Ausführungsform, die dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist, soll durch den Ausdruck "konventionelle Ausmauerung", wie er in der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet wird, eingeschlossen sein. Der Gleitstopfen kann vorteilhaft verwendet werden, wenn das Gefäß lange dauernden Behandlungen unter Vakuum unterzogen wird und wenn gewünscht wird, daß durch den Bodenausguß direkt aus dem Gefäß in das endgültige Aufnahmegefäß wie beispielsweise eine Kokille zu gießen, gegossen wird. Es wird jedoch hervorgehoben, daß es gleichsam im Rahmen der Erfindung möglich ist, eine normale Stopfengießpfanne oder eine Gießpfanne mit Randabguß zu verwenden, aus der anschließend das behandelte Metall in ein Gießgefäß umgegossen wird.In process step No. 2 of Fig. 1, the charge is illustrated being tapped into a vessel 17. In this example, the vessel consists of a bottom pouring ladle having the usual refractory lining and a sliding plug 16. One of the main advantages of the present invention is that the desulfurization can be carried out in the presence of conventional refractory linings in the reaction vessel, such as fire clay, high performance alumina or other commonly used types of refractory linings. It may be desirable in some cases to use a higher quality refractory lining in the region of the slag line of the vessel and high strength alumina is often used for this purpose. With this exception, however, the linings of the vessel may be of the conventional type and the above embodiment, which is well known to those skilled in the art, is intended to be understood by the term "conventional lining" as used in the following description. and used in the claims. The sliding plug can be used to advantage when the vessel is subjected to long-term treatments under vacuum and when it is desired to pour directly from the vessel into the final receiving vessel, such as a chill mold, through the bottom pouring spout. However, it is emphasized that it is equally possible within the scope of the invention to use a normal plug ladle or a rim-casting ladle from which the treated metal is subsequently poured into a casting vessel.
Es wird hervorgehoben, daß entweder vor dem Abstich oder während des Abstiches Entschwefelungsmaterialien, wie beispielsweise Kalk und ein Flußmittel und Desoxydationsmaterial, wie beispielsweise Aluminium und/oder Silizium in das Gefäß 17 zugegeben werden können. Bei der veranschaulichten Ausführungsform erfolgte ein anfänglicher Zuschlag von Entschwefelungs- und Desoxydationsmaterialien in die Pfanne vor dem Abstich und es wurde eine Mischwirkung durch Verwendung eines Gasspülsystems 18 zusätzlich zu der in dem Gießvorgang innewohnenden Vermischung erzeugt. Alternativ dazu kann das Spülen während des Abstiches unterbleiben, wobei stattdessen zu einem späteren Zeitpunkt in dem Verfahenszyklus gespült wird.It is noted that desulfurizing materials such as lime and a flux and deoxidizing material such as aluminum and/or silicon may be added to the vessel 17 either prior to tapping or during tapping. In the illustrated embodiment, an initial addition of desulfurizing and deoxidizing materials was made to the ladle prior to tapping and a mixing action was created using a gas purge system 18 in addition to the mixing inherent in the pouring operation. Alternatively, purging may be omitted during tapping, with purging instead being performed at a later time in the process cycle.
Im speziellen Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl von porösen Spüleinrichtungen bei 19 und 20 veranschaulicht. In dem speziellen Ausführungsbeispiel sind zwei poröse Spülstopfeneinrichtungen oder Stopfen, wie sie auf diesem Gebiet bekannt sind, veranschaulicht, es ist jedoch offensichtlich, daß eine größere oder kleinere Anzahl verwendet werden kann, je nachdem wie es das spezielle verwendete System erfordert. Die Stopfen sind über eine Leitung 21 und ein Steuerventil 22 an eine Spülmittelquelle 23 angeschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel wurde schematisch eine Flasche mit Argongas veranschaulicht. Argon ist leicht beschaffbar, nicht teuer und stellt ein wirksames Spülmittel dar, welches heutzutage in der Industrie in großem Maße verwendet wird. Andere Spülmittel, wie beispielsweise CO, Helium und die anderen inerten Gase und unter bestimmten sorgfältig gesteuerten Bedingungen trockene Luft, können gleichermaßen verwendet werden.In the specific embodiment, a number of porous purge means are illustrated at 19 and 20. In the specific embodiment, two porous purge plug means or plugs, as are known in the art, are illustrated, but it will be apparent that a greater or lesser number may be used as required by the particular system used. The plugs are connected to a source of purge agent 23 via a line 21 and a control valve 22. In the embodiment, a bottle of argon gas has been illustrated schematically. Argon is readily available, inexpensive and is an effective purge agent which is widely used in industry today. Other purge agents such as CO, helium and the other inert gases and under certain carefully controlled conditions, dry air may equally be used.
Sobald der Metallspiegel in dem Gefäß 17 eine ausreichende Höhe erreicht, die beispielsweise lediglich wenige Zentimeter Tiefe beträgt, wird das Steuerventil 22 geöffnet, um das Spülmittel von der Quelle 23 über die Leitungen 21 und die Stopfen 19 und 20 in das Gefäß einzulassen. Das Spülmittel erzeugt eine heftige Mischwirkung an der Zwischenfläche zwischen der Schlacke und dem Stahl, welche die Entschwefelung während des Abstiches unterstützt.As soon as the metal level in the vessel 17 reaches a sufficient height, for example only a few centimeters deep, the control valve 22 is opened to admit the flushing agent from the source 23 into the vessel via the lines 21 and the plugs 19 and 20. The flushing agent creates a vigorous mixing effect at the interface between the slag and the steel, which assists in desulphurisation during tapping.
Vorzugsweise wird die Volumenmenge des Stromes an Spülgas während des Abstiches geändert und anschließend, falls erwünscht, wird die Menge allmählich verringert, während sich das Gefäß 17 füllt, wobei die maximale Spülgasmenge ungefähr bei Beginn des Abstiches auftritt. Es ist offensichtlich, daß mit einer Vergrößerung der Tiefe in dem Gefäß ein fortschreitendes Wachstum der Größe der einzelnen Gasblasen auftritt, die durch die porösen Stopfen 19 und 20 eingelassen werden, bis sie die Oberfläche erreichen. Folglich, falls die anfängliche maximale Strömungsmenge des Spülgases aufrechterhalten würde, würde daraus ein ausgesprochen heftiges Kochen an der Oberfläche resultieren, wenn das Gefäß vollständig gefüllt ist. Die Strömungsmengenänderung des Spülgases liegt innerhalb der Fähigkeiten des Fachmannes auf diesem Gebiet. Das Spülen an diesem Punkt in dem Verfahrenszyklus ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da eine Spülung an einer späteren Stufe erfolgt.Preferably, the volumetric rate of purge gas flow is varied during tapping and then, if desired, the rate is gradually reduced as the vessel 17 fills, with the maximum purge gas rate occurring at about the start of tapping. It will be appreciated that as the depth in the vessel increases there will be a progressive growth in the size of the individual gas bubbles admitted through the porous plugs 19 and 20 until they reach the surface. Consequently, if the initial maximum purge gas flow rate were maintained, extremely violent boiling would result at the surface when the vessel was completely full. The purge gas flow rate variation is within the skill of one skilled in the art. However, purging at this point in the process cycle is not essential since purging will occur at a later stage.
Anschließend an den Abstich wird das Gefäß 17 in eine Veredlungseinheit überführt, die unter Schritt 3 allgemein mit 25 bezeichnet ist.Following tapping, the vessel 17 is transferred to a finishing unit, which is generally designated 25 under step 3.
Die Veredlungseinheit 25 weist einen Vakuumraum auf, der aus einem Grubenabschnitt 26 und einem Deckelabschnitt 27 besteht, wobei Gruben- und Deckelabschnitt bei 28 abgedichtet sind. Eine Vakuumleitung ist bei 29 angedeutet und eine Gasleistung bei 30. Eine Zuschlagkammer ist mit 31 bezeichnet, wobei diese Zuschlagskammer über eine Schütte 32 und eine Öffnung in dem Deckel 27 in Verbindung mit dem Vakuumraum steht, und die Zuschlagkammer 31 derart angeordnet ist, daß ihr Inhalt in das Gefäß 17 entlassen wird.The finishing unit 25 has a vacuum chamber which consists of a pit section 26 and a lid section 27 , the pit and lid sections being sealed at 28. A vacuum line is indicated at 29 and a gas output at 30. An additive chamber is designated at 31 , this additive chamber being connected to the vacuum chamber via a chute 32 and an opening in the lid 27 , and the additive chamber 31 is arranged such that its contents are released into the vessel 17 .
Eine zweite ähnliche Zuschlagskammer ist mit 33 bezeichnet. Es ist offensichtlich, daß eine einzelne Zuschlagskammer mit mehreren Abteilen gleichfalls verwendet werden kann. Lediglich zum Zwecke der Beschreibung soll angenommen werden, daß die Kammer 31 legierende Zuschlagsmaterialien und die Kammer 33 andere Chargenmaterialien, wie beispielsweise Aluminium und/oder andere Desoxydationsmittel, enthält.A second similar addition chamber is designated 33. It will be apparent that a single addition chamber having multiple compartments may also be used. For purposes of description only, it will be assumed that chamber 31 contains alloying addition materials and chamber 33 contains other charge materials such as aluminum and/or other deoxidizers.
Die Einrichtungen, um der Charge in dem Gefäß 17 Wärme zuzuführen, sind mit 34, 35 bezeichnet, welche zwei Elektroden eines dreiphasigen mit drei nicht verzehrbaren Elektroden arbeitenden Wechselstromlichtbogen-Heizsystems darstellen.The means for supplying heat to the charge in the vessel 17 are designated 34, 35 , which represent two electrodes of a three-phase alternating current arc heating system operating with three non-consumable electrodes.
An dieser Stufe des Verfahrenszyklus wird das Wechselstromlichtbogen- Heizsystem betätigt, um die Entschwefelung vorzutreiben und um die Temperatur der Charge einzustellen. Zuschläge werden mittels Betätigung der Zuschlagskammer 33 vorgenommen. Das Spülgas erzeugt ein heftiges Mischen an der Berührungsfläche zwischen Schlacke und Metall, welches das Entschwefelungsverfahren vortreibt. Weiterhin rührt die in der Charge durch das Spülgas erzeugte Zirkulation die Legierungszuschläge um und gleicht die Temperatur der Charge aus. Bei Abwesenheit der heftigen Misch- und Rührwirkung, die durch das Spülgas erzeugt wird, könnte sich die Oberfläche der Charge erheblich bis zu einem Punkt überhitzen, an dem ein Durchbruch der Ausmauerung erfolgen könnte und es könnte sich ein nachteiliger Temperaturgradient von der Oberfläche bis zum Boden entwickeln.At this stage of the process cycle, the AC arc heating system is operated to drive desulfurization and to adjust the temperature of the charge. Additions are made by operating the addition chamber 33. The purge gas creates vigorous mixing at the slag-metal interface which drives the desulfurization process. Furthermore, the circulation in the charge created by the purge gas stirs the alloy additions and equalizes the temperature of the charge. In the absence of the vigorous mixing and agitation action created by the purge gas, the surface of the charge could overheat significantly to the point where a breakthrough of the lining could occur and an adverse temperature gradient could develop from the surface to the bottom.
Falls in dieser Stufe des Verfahrens Vakuum verwendet wird, liegt dieses Vakuum vorzugsweise in der Größenordnung von 2 mm Quecksilbersäule oder niedriger, insbesondere falls der Wasserstoffgehalt entfernt werden soll, obwohl höhere Werte bis zu 50 Quecksilbersäule absolut oder sogar 200 bis 300 mm Quecksilbersäule absolut verwendet werden können. Es ist offensichtlich, daß bei den oben erwähnten vergleichsweise niedrigen Vakuumwerten kleine Spülgasmengen sich auf das Mehrhundertfache ihres Volumens ausdehnen, was zu einer heftigen Mischwirkung führt. In Anbetracht des hohen spezifischen Gewichtes geschmolzenen Stahles sollen vorzugsweise die porösen Stopfen 19 und 20 am niedrigsten Punkte des Gefäßes 17 oder im Bereich des niedrigsten Punktes angeordnet sein, um eine gute innere Zirkulation der Schmelze zu gewährleisten.If vacuum is used at this stage of the process, this vacuum is preferably of the order of 2 mm Hg or lower, particularly if the hydrogen content is to be removed, although higher values up to 50 mm Hg absolute or even 200 to 300 mm Hg absolute may be used. It is obvious that at the comparatively low vacuum values mentioned above, small quantities of purge gas expand to several hundred times their volume, resulting in a violent mixing action. In view of the high specific gravity of molten steel, it is preferable to arrange the porous plugs 19 and 20 at the lowest point of the vessel 17 or in the vicinity of the lowest point, in order to ensure good internal circulation of the melt.
Die endgültige Veredlung ist unter Schritt 4 veranschaulicht. Zu dieser Zeit können die Desoxydationsmaterialien aus der Zuschlagskammer 31 der Schmelze zugegeben werden, um die Aufrechterhaltung eines niedrigen Sauerstoffpotentials zu gewährleisten.The final finishing is illustrated in step 4. At this time, the deoxidation materials from the addition chamber 31 to the melt to ensure the maintenance of a low oxygen potential.
Die Brenndauer des Lichtbogens hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Zeitdauer und Menge des Spülgasstromes, des Vakuumsystemes, der Stahlart, der Menge und Art der vorhandenen Schlacke, falls diese vorhanden ist, und die Form des Gefäßes unter vielen anderen Faktoren. Für eine 55 bis 60 Tonnen große Charge eines niedrig legierten Stahles kann eine Behandlungszeit von ungefähr 20 bis 30 Minuten durchaus ausreichend sein.The duration of the arc burn depends on many factors including the duration and amount of purge gas flow, the vacuum system, the type of steel, the amount and type of slag present, if any, and the shape of the vessel, among many other factors. For a 55 to 60 ton charge of low alloy steel, a treatment time of approximately 20 to 30 minutes may be quite sufficient.
Ein erheblicher Vorteil der Entschwefelung unter Vakuum liegt darin, daß der örtlich begrenzte Heiz-Fleck- oder Fenster-Effekt des elektrischen Lichtbogenheizsystemes maximal nutzbar gemacht wird, wie dies im folgenden näher erläutert wird.A significant advantage of desulfurization under vacuum is that the localized heating spot or window effect of the electric arc heating system is utilized to the maximum, as will be explained in more detail below.
Unter gesonderter Bezugnahme auf den Verfahrensschritt 4 und auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß die porösen Stopfen 19 und 20 je im wesentlichen direkt unterhalb einer der Elektroden 34 bzw. 35 angeordnet sind. Die Kochwirkung an der Oberfläche des geschmolzenen Metalles ist in Bereichen am heftigsten, die nahe und unterhalb der Elektroden liegen, wo die Gasblasen die Oberfläche durchbrechen. Durch zweckdienliche Einstellung der Strömungsmenge des Spülgases kann der Wechselstromlichtbogen einer jeden Elektrode auf die Bereiche 36, 37 der heftigsten Kochwirkung direkt unterhalb der Elektrode begrenzt werden. Folglich ist die Wärmezufuhr zu der Charge von den Elektroden an ist die Wärmezufuhr zu der Charge von den Elektroden an diesem örtlich begrenzten "Heiß-Flecken" oder "Fenstern" konzentriert. Das nach oben strebende Gas und die Blasen erzeugen eine innere Zirkulation in der Charge, wodurch frisches Metall kontinuierlich durch innere Strömungen zu dem Fensterbereich gefördert wird, wo seine Temperatur auf ein Niveau angehoben wird, das höher liegt als das der Temperatur anderer, entfernt liegender Bereiche der Charge. Hierdurch werden die Entschwefelungsbedingungen maximiert. Die Fensterbereiche werden folglich kontinuierlich mit nichtentschwefeltem oder lediglich teilweise entschwefeltem Stahl wieder aufgefüllt, betrachtet man diesen Stahl im Gegensatz zu dem Stahl der bereits in einem "Fenster"- Bereich behandelt und durch Zirkulation von diesem wegbewegt wurde. Auf diese Weise werden sämtliche Anteile der Charge, die bereits desoxydiert wurde, in Anwesenheit der Schlacke in der Temperatur erhöht, wodurch die Entschwefelungsbedingungen maximiert sind, ohne daß die Gesamtcharge überhitzt wird.Referring separately to process step 4 and to Fig. 2, it can be seen that the porous plugs 19 and 20 are each located substantially directly below one of the electrodes 34 and 35 , respectively. The cooking action at the surface of the molten metal is most severe in areas near and below the electrodes where the gas bubbles break through the surface. By appropriately adjusting the flow rate of the purge gas, the AC arc of each electrode can be limited to the areas 36, 37 of most severe cooking action directly below the electrode. Consequently, the heat input to the charge from the electrodes is concentrated at these localized "hot spots" or "windows". The upwardly moving gas and bubbles create internal circulation in the charge whereby fresh metal is continuously conveyed by internal currents to the window area where its temperature is raised to a level higher than the temperature of other, remote areas of the charge. This maximizes the desulfurization conditions. The window areas are thus continuously replenished with non-desulfurized or only partially desulfurized steel, as opposed to steel already treated in a "window" area and moved away from it by circulation. In this way, all portions of the charge which have already been deoxidized are raised in temperature in the presence of the slag, thus maximizing the desulfurization conditions without overheating the entire charge.
Falls gewünscht, können von Zeit zu Zeit während des Zyklus Zuschläge von Aluminium und/oder anderen aktiven Desoxydationsmitteln erfolgen, um das Oxydationsniveau der Charge innerhalb annehmbarer Grenzen zu erhalten.If desired, additions of aluminium and/or other active deoxidisers may be made from time to time during the cycle to maintain the oxidation level of the charge within acceptable limits.
Anschließend an das Ende der Entschwefelungsbehandlung kann die Charge in dem Gefäß 17 entweder direkt in das endgültige Aufnahmegefäß, beispielsweise in eine Kokille, gegossen werden oder in ein Gießgefäß umgegossen werden.Following the end of the desulphurisation treatment, the charge in the vessel 17 can either be poured directly into the final receiving vessel, for example a mould, or can be poured into a casting vessel.
Falls überschüssiges Aluminium in der Charge anschließend an die Entschwefelung verbleibt, kann die Schmelze zu den angegebenen Gehalten gebracht werden, indem lediglich unter atmosphärischen Bedingungen eine ausreichende Zeitspanne gespült wird, um den Aluminiumgehalt auf ein annehmbares Niveau zu senken. Es ist offensichtlich, daß das Herausbrennen von Aluminium ein kontinuierliches Verfahren ist und folglich kann der Aluminiumgehalt in dichten Grenzen durch die Zeitdauer der Spülbehandlung reguliert werden.If excess aluminium remains in the charge following desulfurization, the melt can be brought to the specified levels by merely purging under atmospheric conditions for a period of time sufficient to reduce the aluminium content to an acceptable level. It is obvious that the burnout of aluminium is a continuous process and consequently the aluminium content can be controlled within tight limits by the duration of the purging treatment.
Es sollte noch erwähnt werden, daß die in Fig. 2 schematisch veranschaulichte Zirkulationswirkung lediglich skizzenhaft und veranschaulicht ist und daß sich die tatsächliche Zirkulation zweifellos erheblich von dem Veranschaulichten unterscheidet. Der Punkt, auf den es hier ankommt, ist jedoch der, daß die Kombination der Verwendung eines Spülmittels in Anwesenheit eines Wechselstromlichtbogens und unter Vakuum schließlich die gesamte Charge mindestens einmal an die Oberfläche bringt, wo sie in Kontakt mit der entschwefelnden Schlacke unter optimalen Bedingungen kommen kann.It should be noted that the circulation effect schematically illustrated in Fig. 2 is merely sketchy and illustrative and that the actual circulation will undoubtedly differ considerably from that illustrated. The important point here, however, is that the combination of using a flushing agent in the presence of an AC arc and under vacuum ultimately brings the entire charge to the surface at least once where it can come into contact with the desulfurizing slag under optimum conditions.
Die entschwefelnde Schlacke 38 besteht im wesentlichen aus einem größeren Anteil eines aktiven Entschwefelungsmittels und vorzugsweise eines kleineren Anteiles eines Flußmittels und/oder Konditionierungsmittels. Vorzugsweise enthält die entschwefelnde Schlacke zwischen 50 und 100% Kalk, der beispielsweise in gebrannter und abgepackter Form zugegeben werden kann und einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, und 0 bis 50% Flußspat oder andere Konditionierungsmittel für die Schlacke, wie beispielweise Al&sub2;O&sub3;. Die Menge an Flußspat oder anderen Konditionierungsmitteln hängt von der Kalkmenge in der entschwefelten Schlacke, von der Wirksamkeit des Rührsystems, der Menge und Zusammensetzung der aus dem Ofen mitgenommenen Schlacke, falls vorhanden, und den aus den feuerfesten Ausmauerungen aufgenommenen Tonerde- und Kieselsäuregehalten ab. Eine ausgesprochen wirksame Schlacke kann aus ungefähr 85% CaO, 10% Na&sub2;CO&sub3; und 5% CaF&sub2; bestehen, die in einer Menge von ungefähr 1% des Gewichtes der Schmelze zusammen mit einer kleinen Menge von Aluminium zum Zwecke der Schlackendesoxydation, falls es die Bedingungen erfordern, zugegeben werden. Eine andere wirksame Zusammensetzung kann aus 90% CaO und 10% CaF&sub2; bestehen. Flußspat stellt das bevorzugte zusätzliche Material dar, da er zusätzlich zu seiner Wirkung als Schlackenflußmittel eine katalytische Wirkung zu haben scheint.The desulfurizing slag 38 consists essentially of a major proportion of an active desulfurizing agent and preferably a minor proportion of a flux and/or conditioning agent. Preferably, the desulfurizing slag contains between 50 and 100% lime, which may be added in calcined and packaged form and has a low moisture content, and 0 to 50% fluorspar or other slag conditioning agents such as Al₂O₃. The amount of fluorspar or other conditioning agents will depend on the amount of lime in the desulfurized slag, the efficiency of the agitation system, the amount and composition of slag carried over from the furnace, if any, and the alumina and silica levels taken up from the refractory linings. A particularly effective slag may consist of approximately 85% CaO, 10% Na₂CO₃ and 5% CaF₂. added in an amount of about 1% by weight of the melt together with a small amount of aluminium for the purpose of slag deoxidation if conditions require. Another effective composition may consist of 90% CaO and 10% CaF₂. Fluorspar is the preferred additional material as it appears to have a catalytic effect in addition to its action as a slag flux.
Vorzugsweise sollte die Gesamtmenge an Tonerde und Kieselsäure, falls verwendet, wegen der Wirkung auf die Basizität der entschwefelnden Schlacke weniger als 40% des Schlackengewichtes betragen.Preferably, the total amount of alumina and silica, if used, should be less than 40% of the slag weight because of the effect on the basicity of the desulphurising slag.
Das Gewicht der Schlacke 38 kann innerhalb bestimmter Grenzen geändert werden, sollte jedoch vorzugsweise ungefähr 0,5% bis ungefähr 2% des Gewichtes der Schmelze betragen, was von der Menge der, falls vorhanden, aus dem Schmelzgefäß mitgenommenen Schlacke, dem Wirkungsgrad des Systems bei der Nutzbarmachung der Gesamtschlacke und dem gewünschten Grad der Entfernung des Schwefels abhängt. Üblicherweise ist eine Schlackenmenge in der Größenordnung von ungefähr 0,5% bis ungefähr 1,5% des Gewichtes der Schmelze ausgesprochen wirksam.The weight of the slag 38 can be varied within certain limits, but should preferably be from about 0.5% to about 2% of the weight of the melt, depending on the amount of slag, if any, carried over from the melting vessel, the efficiency of the system in utilizing the total slag, and the degree of sulfur removal desired. Typically, an amount of slag on the order of about 0.5% to about 1.5% of the weight of the melt is most effective.
Es folgen einige praktische Ausführungsbeispiele, die unter Befolgung oben angeführter Prinzipien durchgeführt wurden:
Here are some practical examples that were carried out following the principles mentioned above:
Eine Charge eines 4140-Stahles, die zu einem Blockgewicht von 58 061 kg führte, wurde in einem Elektroofen in Luft geschmolzen und ergab 0,020% S im Ofen und wurde anschließend in der folgenden Weise behandelt:A charge of 4140 steel resulting in an ingot weight of 58 061 kg was melted in an electric furnace in air and yielded 0.020% S in the furnace and was subsequently treated in the following manner:
Verfahren: Charge Nr. 107 551
- 1. Abschlacken bis auf die blanke Metalloberfläche, Zugeben von 45,5 kg Aluminium im Ofen
- 2. Zugabe in der Gießpfanne in fester Form
- a) Kalk 363 kg
- b) Kalzium-Silizium 150 kg
- c) Ferro-Vanadium 27 kg (Vanadium)
- d) Ferro-Molybdän 39 kg
- 3. Abstich der Charge in Gießpfanne
- 4. Abpumpen in Vakuumtank zum Entgasen (zwei Stopfen)
- 5. Zuschläge bei 10 Minuten unter Vakuum- 90% Silizium 100 kg (teilweise zugegeben).
- 6. Vakuum bei 12 Minuten unterbrochen und 726 kg Kalk und 45,5 kg Aluminiumschrot wurden zugegeben.
- 7. Erneutes Evakuieren und Umrühren unter Spülgas für 5 Minuten.
- 8. Unterbrechung des Vakuums zur Probennahme.
- 9. Lichtbogenwiedererhitzung in zwei Stufen unter Vakuum für 13 Minuten und 5 Minuten.
- 10. Unterbrechung des Vakuums und normaler Abstich.
Procedure: Batch No. 107 551
- 1. Deslagging down to the bare metal surface, adding 45.5 kg of aluminium in the furnace
- 2. Addition in the ladle in solid form
- a) Lime 363 kg
- b) Calcium-silicon 150 kg
- c) Ferro-vanadium 27 kg (vanadium)
- d) Ferro-molybdenum 39 kg
- 3. Tapping of the charge into the ladle
- 4. Pump into vacuum tank for degassing (two plugs)
- 5. Additions at 10 minutes under vacuum - 90% silicon 100 kg (partially added).
- 6. Vacuum was broken at 12 minutes and 726 kg of lime and 45.5 kg of aluminum shot were added.
- 7. Evacuate again and stir under purge gas for 5 minutes.
- 8. Breaking the vacuum for sampling.
- 9. Arc reheating in two stages under vacuum for 13 minutes and 5 minutes.
- 10. Breaking the vacuum and normal tapping.
Während des Verfahrensschritts 9 liegen gleichzeitig die gemäß Anspruch 1 geforderten Bedingungen a bis d vor.During process step 9, conditions a to d required according to claim 1 are simultaneously met.
Es wurden die folgenden Ergebnisse erzielt: Ergebnisse °=c:100&udf54;H&udf53;ta10,6:25,6:28,6&udf54;&udf53;tz5,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bombenversuche\ Sauerstoff&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Vor Abschlacken\ 49&udf53;tz&udf54; \Vor Vakuum Zyklen\ 56,¤65&udf53;tz&udf54; \Nach 1. Vakuum Zyklus\ 21&udf53;tz&udf54; \Nach 2. Vakuum Zyklus\ 22&udf53;tz&udf54; \Nach Wiedererhitzen mit Lichtbogen\ 20&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54; Schlacken
°=c:70&udf54;H&udf53;ta5,6:21:24,6:28:31,6:33,6&udf54;&udf53;tz5,5&udf54; H@&udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Versuch\ AlÊOË\ SiOÊ\ Mn\ FeO&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Ofen\ Æ5,2\ 22,5\ 1,1\ 1,4&udf53;tz&udf54; \Nach Wiedererhitzen mit Lichtbogen\ 21,4\ 12,6\ 0,32\ 0,14&udf53;tz10&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;The following results were achieved: Results °=c:100&udf54;H&udf53;ta10,6:25,6:28,6&udf54;&udf53;tz5,5&udf54;&udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Bomb tests\ Oxygen&udf53;tz5,10&udf54;&udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Before slagging\ 49&udf53;tz&udf54; \Before vacuum cycles\ 56,¤65&udf53;tz&udf54; \After 1st vacuum cycle\ 21&udf53;tz&udf54; \After 2nd vacuum cycle\ 22&udf53;tz&udf54; \After reheating with arc\ 20&udf53;tz10&udf54;&udf53;te&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54; slags
°=c:70&udf54;H&udf53;ta5,6:21:24,6:28:31,6:33,6&udf54;&udf53;tz5,5&udf54;H@&udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Experiment\ AlÊOË\ SiOÊ\ Mn\ FeO&udf53;tz5,10&udf54;&udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Oven\ Æ5.2\ 22.5\ 1.1\ 1.4&udf53;tz&udf54; \After reheating with arc\ 21.4\ 12.6\ 0.32\ 0.14&udf53;tz10&udf54;&udf53;te&udf54;&udf53;sb37.6&udf54;&udf53;el1.6&udf54;
Bei dieser Schmelze wurde das Spülgas nicht eingeleitet, ehe die Vakuumbehandlung begann. Das Herabpumpen des Vakuums auf den Entgasungsbereich von ungefähr 2 mm Quecksilbersäule absolut oder niedriger erforderte ungefähr 6 Minuten. Der niedrigste erfaßte Absolutdruck betrug 1100 Mikron.For this melt, the purge gas was not introduced before vacuum treatment began. Pumping the vacuum down to the degassing range of about 2 mm Hg absolute or lower required about 6 minutes. The lowest absolute pressure recorded was 1100 microns.
Eine Charge eines 1045- Stahles, die zu einem Blockgewicht von 54 568 kg führte, wurde in Luft in einem Elektroofen geschmolzen und die Schmelze wurde dann in der folgenden Weise behandelt:A charge of 1045 steel, resulting in an ingot weight of 54 568 kg, was melted in air in an electric furnace and the melt was then treated in the following manner:
Behandlung: Schmelze Nr. 207 575
- 1. Abschlacken bis zu blanker Metalloberfläche im Ofen, Zugeben von 45,5 kg Aluminium im Ofen.
- 2. Zuschläge in die Gießpfanne in fester Form
- a) Kalk 726 kg
- b) Flußspat 72,6 kg
- c) 50% Ferro-Silizium 227 kg
- d) Kalziumsilizium 104,4 kg
- e) Ferro-Vanadium 45,5 kg (Vanadium)
- f) Aufkohlung 20,4 kg
- 3. Abstich der Charge in die Gießpfanne gemäß 2.
- 4. Vakuumentgasung mit Argonspülgas von 15 Minuten Dauer
- 5. Unterbrechen des Vakuums, Temperaturmessung und Zugabe von 27 kg Aluminium
- 6. Wiedererhitzung unter Vakuum mittels Lichtbogen und Entschwefelung in zwei Stufen 12 Minuten und 8 Minuten Dauer (200-300 mm), wobei die gemäß Anspruch 1 geforderten Bedingungen a bis d gleichzeitig vorliegen.
- 1. Deslagging to a bare metal surface in the furnace, adding 45.5 kg of aluminium to the furnace.
- 2. Additions to the ladle in solid form
- a) Lime 726 kg
- b) Fluorspar 72.6 kg
- c) 50% ferro-silicon 227 kg
- d) Calcium silicon 104.4 kg
- e) Ferro-vanadium 45.5 kg (vanadium)
- f) Carburization 20.4 kg
- 3. Tapping of the charge into the ladle according to 2.
- 4. Vacuum degassing with argon purge gas lasting 15 minutes
- 5. Break the vacuum, measure the temperature and add 27 kg of aluminium
- 6. Reheating under vacuum by means of an electric arc and desulfurization in two stages of 12 minutes and 8 minutes duration (200-300 mm), wherein conditions a to d required according to claim 1 are present simultaneously.
Es wurden die folgenden Ergebnisse erzielt: Ergebnisse Analysen: The following results were obtained: Results Analysis:
Bei dieser Schmelze wurde das Spülgas nicht eingeleitet, ehe die Vakuumbehandlung begann. Das Abpumpen bis zum Entgasungsbereich von ungefähr 2 mm Quecksilbersäule absolut oder niedriger erforderte ungefähr 6 Minuten. Der ermittelte niedrigste Absolutdruck betrug 450 Mikron.For this melt, the purge gas was not introduced before vacuum treatment began. Pumping down to the degassing range of approximately 2 mm absolute mercury or lower required approximately 6 minutes. The lowest absolute pressure recorded was 450 microns.
Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß die Schlackenmenge, die Zeitdauer der Behandlung, die Spülmenge und die Schlackenzusammensetzung vornehmlich das Niveau des Schwefelgehaltes steuern, der unter Bedingungen erreicht wird, bei denen Sauerstoff bei einem zweckdientlich niedrigen Niveau gehalten wird, indem Aluminium oder andere Desoxydationsmittel oder andere die gleiche Wirkung zeigende Mittel verwendet werden.In summary, the amount of slag, the duration of treatment, the amount of flushing and the slag composition primarily control the level of sulphur content achieved under conditions where oxygen is maintained at a suitably low level by using aluminium or other deoxidising agents or other agents having the same effect.
Der Wirkungsgrad des Verfahrens kann noch weiter durch eine mehrfache Schlackenbehandlung verbessert werden, bei der mindestens eine neue Schlacke dem blanken Metall zugegeben wird, welches einer vorhergehenden Schlacke ausgesetzt worden war.The efficiency of the process can be further improved by multiple slag treatment, in which at least one new slag is added to the bare metal which has been exposed to a previous slag.
Als eine Alternative kann eine Stahlschmelze auf feste oder geschmolzene Gießpfannenzuschläge vom oben beschiebenen Typ abgestochen werden, wie beispielsweise 363 kg CaO und 36,3 kg CaF&sub2;. Diese erste Schlacke wird nach dem Abstich von der Gießpfanne, beispielsweise mittels einer Entschlackungsmaschine, entfernt und eine zweite ähnliche Schlacke zugegeben. Anschließend wird die Schmelze mit der Schlacke einer zweckdienlichen Vakuumbehandlung unterzogen, beispielsweise einer Behandlung, wie sie in obigen Beispielen 1 und 2 beschrieben ist.As an alternative, a steel melt may be tapped onto solid or molten ladle additives of the type described above, such as 363 kg CaO and 36.3 kg CaF2. This first slag is removed from the ladle after tapping, for example by means of a deslagging machine, and a second similar slag is added. The melt with the slag is then subjected to an appropriate vacuum treatment, for example a treatment as described in Examples 1 and 2 above.
Als weitere Alternative kann eine Stahlschmelze auf geschmolzene oder feste Pfannenzuschläge der oben beschriebenen Art abgestochen werden, die beispielsweise aus 363 kg CaO und 36,3 kg CaF&sub2; bestehen. Nach dem Abstich kann die Schmelze und die obige erste nach dem Ofen erfolgende Schlacke dem Vakuum und einer Berührungsschichtmischung durch Spülgas von der oben beschriebenen Art über eine zweckdienliche Zeitspanne, beispielsweise 8 Minuten ausgesetzt werden. Anschließend wird das Vakuum unterbrochen und die erste nach dem Ofen erzeugte Schlacke von der Schmelze beispielsweise mittels einer Entschlackungsmaschine entfernt und eine zweite nach dem Ofen erzeugte Schlacke zugegeben, die ähnlich der ersten Schlacke sein kann. Daran schließt sich eine zweite Zeitspanne der Vakuumbehandlung und der Vermischung der Berührungsschicht durch Spülgas an, die je nach Bedarf eine Wiederaufheizung mit dem Lichtbogen einschließen kann.As a further alternative, a steel melt may be tapped onto molten or solid ladle charges of the type described above, consisting for example of 363 kg CaO and 36.3 kg CaF2. After tapping, the melt and the above first post-furnace slag may be subjected to vacuum and contact layer mixing by purge gas of the type described above for a suitable period of time, for example 8 minutes. The vacuum is then broken and the first post-furnace slag is removed from the melt, for example by means of a deslagging machine, and a second post-furnace slag is added, which may be similar to the first slag. This is followed by a second period of time vacuum treatment and mixing of the contact layer by purge gas, which may include reheating with the arc if required.
Es soll hervorgehoben werden, daß selbstverständlich andere Pfannenzuschlagsmaterialien verwendet werden können und daß andere Stoffe unter gewissen Umständen teilweise oder vollständig den Flußspat ergänzen oder umsetzen können, einschließlich Tonerde, Kieselsäure und Soda. Um sehr niedrige Schwefelwerte zu erhalten, wird jedoch Flußspat vorgezogen.It should be stressed that other ladle fill materials may of course be used and that other materials may, under certain circumstances, partially or completely supplement or replace the fluorspar, including alumina, silica and soda. However, to obtain very low sulphur levels, fluorspar is preferred.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß der Ofen lediglich als Erschmelzungseinheit betrieben wird, da sämtliche Veredlungsmaßnahmen außerhalb des Ofens erfolgen. Da, wie bereits erwähnt, der Elektroofen ein Schmelzgerät mit ausgesprochen hohem Wirkungsgrad jedoch ein Veredlungsgefäß mit vergleichsweise niedrigem Wirkungsgrad darstellt, wird dadurch der Gesamtwirkungsgrad des Herstellungsverfahrens maximiert und der Durchsatz der Anlage vergrößert, da der Ofen, der gebräuchlicherweise das Kernstück der Ausstattung eines Stahlwerkes darstellt, in optimaler Weise genutzt ist.From the above description it can be seen that the furnace is operated as a melting unit only, since all the refining operations take place outside the furnace. Since, as already mentioned, the electric furnace is a very efficient melting device but a relatively low efficient refining vessel, the overall efficiency of the manufacturing process is thereby maximized and the throughput of the plant is increased, since the furnace, which is usually the core of a steel plant's equipment, is utilized in an optimal manner.
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