DE69118878T2

DE69118878T2 - Verfahren zum Herstellen kohlenstoffarmer Stähle

Info

Publication number: DE69118878T2
Application number: DE69118878T
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Hamagami; Yasuo Kishimoto; Hiroshi Nishikawa; Toshikazu Sakuraya; Masaru Washio; Koji Yamaguchi
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-10-03
Also published as: CA2052737A1; DE69118878T3; EP0520085A1; KR940006490B1; EP0520085B1; US5152831A; EP0520085B2; DE69118878D1; KR930000694A; CA2052737C

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultraniedrigem Kohlenstoffgehalt durch einen Verfahrensschritt der Vakuum-Decarburierung. Genauer gesagt, ist die vorliegende Erfindung befaßt mit einem Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt, in dem ein nicht desoxidierter oder schwach desoxidierter geschmolzener Stahl, der mittels eines Ofens zur Stahlherstellung hergestellt wurde, insbesondere in einem kombinierten Gebläse-Konverter oder einem LD- Konverter (Linz-Donawitz-Konverter), durch eine Vakuum-Entgasungsanlage decarburiert wird. Hierdurch kann ein Stahl mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt, der eine Kohlenstoff- Konzentration unter 10 ppm aufweist, schnell ohne den hinderlichen Betrieb einer Vakuum- Entgasungsanlage hergestellt werden.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Eine Durchlauf-Glühanlage, die in den jüngst zurückliegenden Jahren erhältlich wurde, hat zu einem bemerkenswerten Anstieg der Produktivität bei der Herstellung von kaltgewalztem Bandstahl geführt. Dieses Durchlauf-Glühsystem gab Anlaß zur Forderung nach einem Stahl mit einem ultra-niedrigen Kohlenstoffgehalt, der einen Kohlenstoffgehalt von 10 ppm oder weniger aufweist.
Herkömmlich wurde ein Stahl mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt durch ein Verfahren hergestellt, in dem ein geschmolzener Stahl, der in einem Konverter bis auf 0,02 bis 0,05 Gew.-%, angegeben als Kohlenstoff-Gehalt, decarburiert worden war, einer Atmosphäre niedrigen Drucks in einer Vakuum-Entgasungsanlage wie beispielsweise einer RH-Entgasungsanlage ausgesetzt wurde, so daß Kohlenstoff in Form von CO-Gas herausgezogen wurde. Mit dieser bekannten Verfahrensweise, bei der mit einer Vakuum- Entgasungsanlage gearbeitet wurde, war es jedoch schwierig, einen Stahl mit einem ultraniedrigen Kohlenstoffgehalt in industriellem Maßstab herzustellen, der einen Kohlenstoff- Gehalt [C] von weniger als 10 ppm aufweist, da die Decarburierungs-Rate drastisch sinkt, wenn der Kohlenstoff-Gehalt [C] auf einen Wert von unter 50 ppm reduziert wird.
Um die Decarburierungs-Rate in einem derartigen Bereich niedrigen Kohlenstoffgehalts zu beschleunigen, wurde es als signifikant angesehen, die Fläche des Bereichs, an dem die Reaktion stattfindet, zu erhöhen. Mit dieser Kenntnis wurde versucht, die Reaktionsrate durch Vergrößerung des Bereichs, an dem die Reaktion stattfindet, zu erhöhen. Dabei werden Gasblasen in geschmolzenem Stahl oder die Oberfläche des gescholzenen Stahls in einer Vakuumkammer oder Metallspritzer in der Vakuumkammer als Stelle angesehen, an der die Reaktion stattfindet. Insoweit wurde das Ausmaß des Beitrags jeder derartigen Reaktionsstelle zur Reaktion nicht definitiv bestimmt. Unter diesen Umständen kam ein Verfahren, bei dem Ar-Gas mit einer großen Geschwindigkeit von etwa 5 Nm³/min in einer RH-Vakuumkammer in gescholzenen Stahl eingeblasen wurde, im Hinblick darauf zum Einsatz, daß ein Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit von Ar als treibendes oder rezirkulierendes Gas zum Fortgang der Decarburierungs-Reaktion beitrüge.
Das Einblasen von Ar-Gas mit einer derart hohen Geschwindigkeit verursacht jedoch ein Problem insofern, als die Entgasungsanlage aufgrund der Ablagerung von Metallspritzern auf der Innenfläche der Vakuumkammer der Vakuum-Entgasungsanlage als Ergebnis des kräftigen Erzeugens von Metallspritzern, die durch das Einblasen von Ar-Gas hervorgerufen wird, nicht kontinuierlich arbeiten kann.
Um das oben beschriebene Problem zu überwinden, wurde ein Verfahren vorgeschlagen und zum Einsatz gebracht, bei dem Wasserstoffgas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas in geschmolzenen Stahl eingeblasen und so der Gehalt an Wasserstoff [H] erhöht wird, der in dem geschmolzenem Stahl gelöst ist. Gemäß diesem Verfahren findet eine Reaktion statt, die durch die Gleichung 2H T H&sub2; wiedergegeben wird, wodurch Wasserstoffgas-Blasen erzeugt werden und so die Wirkung des Rührens erhöht wird und die Decarburierungs- Geschwindigkeit durch den Anstieg der Fläche der Stellen, an denen eine Reaktion stattfindet, erhöht wird. Dieses Verfahren ist offenbart indemjapanischen offengelegten Patent Nr.57-194,206.
Es wurde bestätigt, daß dieses Verfahren die Decarburierungs-Geschwindigkeit im Bereich niedriger Kohlenstoffkonzentration erhöhen kann und so zu einer Verbesserung der Effizienz bei der Herstellung von Stahl mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt beiträgt. Dieses Verfahren macht es jedoch erforderlich, daß der Wasserstoffgehalt bei einem ausreichend hohen Wert gehalten wird, z.B. 3 bis 5 ppm, um einen merklichen Effekt bei der Förderung der Decarburierung zu schaffen. Um einen derartig hohen Wasserstoffgehalt aufrechtzuerhalten, war es erforderlich, daß Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit nicht unter 2,5 Nm³/min eingeblasen wird, wenn eine RH-Entgasungsanlage mit einer Kapazität von beispielsweise 250 t verwendet wird.
Für eine effektive Produktion von Stahl mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt wird der Druck in der Vakuumkammer allgemein auf weniger als 2 Torr reduziert. Andererseits führt die Reduktion des Drucks in der Vakuumkammer zu einer signifikanten Förderung der Dehydrogenierungsreaktion, was es schwierig macht, den Wasserstoffgehalt bei einem sehr hohen Wert zu halten. So erfordert das bekannte Verfahren der Verwendung einer herkömmlichen RH-Vakuum-Entgasungsanlage eine für die Praxis nicht brauchbare lange Zeit einer Decarburierung zur Verringerung des Kohlenstoffgehalts auf einen Wert von 10 ppm, beispielsweise 30 bis 40 min oder länger, selbst wenn die Rückführungsgeschwindigkeit zum Zweck der Beschleunigung der Decarburierungs-Reaktion erhöht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemaß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme und industriellen Schwierigkeiten zu überwinden, die mit dem oben beschriebenen Verfahren des Einblasens von Wasserstoffgas zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt verbunden sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Herstellung eines Stahls mit ultraniedrigem Kohlenstoffgehalt mit einem Kohlenstoffgehalt [C] von nicht über 10 ppm in industriellem Maßstab zu ermöglichen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine praktische Einrichtung zur Zufuhr von Wasserstoff sowie Betriebsbedingungen zu schaffen, die das Erreichen der oben beschriebenen Aufgaben der Erfindung ermöglichen.
Im Zusammenhang damit wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt unter Verwendung einer Vakuum-Entgasungsanlage an geschmolzenem Stahl geschaffen, das die Schritte umfaßt, daß man eine Vakuumdecarburierung zum Erreichen eines vorbestimmten Werts des Kohlenstoffgehalts, z.B. 25 ppm oder darunter, in dem geschmolzenem Stahl durchführt, indem man zunehmend den Druck in der Vakuum-Entgasungsanlage reduziert; Wasserstoff zusetzt, der in dem geschmolzenem Stahl gelöst wird, während der Druck zeitweise auf 20 Torr oder darüber angehoben wird; und einen Schritt der End-Decarburierung durchführt, indem man den Druck auf 2 Torr oder darunter reduziert. Vorzugsweise wird Wasserstoff zugesetzt, um die folgende Bedingung zu erfüllen:
[H] ≥ { ([C] - [C]End)/5 } + 4 (1)
worin [H] für den Wasserstoffgehalt (in ppm) im geschmolzenen Stahl im Zustand nach der Zugabe von Wasserstoff steht, [C] für den Kohlenstoffgehalt (in ppm) im geschmolzenen Stahl im Zustand nach der Zugabe von Wasserstoff steht und [C]End für den am Ende zu erhaltenden Kohlenstoffgehalt (in ppm) steht.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, zusammengenommen mit den beigefügten Figuren, offenbar.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figuren 1 bis 3 sind schematische Schnittansichten einer RH-Entgasungsanlage, die in geeigneter Weise bei der Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
Figur 4 ist eine Grafik, die die Bereiche des Kohlenstoffgehalts und Wasserstoffgehalts in einem geschmolzenen Stahl nach der Zugabe von Wasserstoff, jedoch vor der endgültigen Decarburierung zeigt, wobei das Optimum ist, einen ultra-niedrigen Kohlenstoffgehalt von weniger als 10 ppm in dem Stahl zu erreichen;
Figur 5 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem Druck in einer Vakuumkammer und der Wasserstoff-Löseeffizienz zeigt, die beobachtet wird, wenn Wasserstoffgas durch eine Rückführgas-Blasdüsenöffnung (tuyere opening) im aufsteigenden Teil einer RH- Entgasungsanlage eingeblasen wird; und
Figur 6 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem Druck in einer Vakuumkammer und der Wasserstoff-Löseeffizienz zeigt, die beobachtet wird, wenn Wasserstoffgas der Vakuumkammer durch Einblasen von oben zugeführt wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In dem herkömmlichen Verfahren, in dem eine Wasserstoff enthaltende Substanz während der Vakuum-Decarburierung zugeführt wird, finden die Decarburierungs-Reaktion und die Dehydrogenierungsreaktion gleichzeitig statt. Um den Wasserstoffgehalt hoch genug zu halten, um effizient die Decarburierung zu fördern, war es daher erforderlich, Wasserstoff mit großer Geschwindigkeit zuzusetzen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch gefunden, daß ein ausreichend hoher, die Decarburierung fördernder Effekt erzielt werden kann, wenn eine Wasserstoffkonzentration, die höher ist als ein vorbestimmter Wert, erhalten werden kann, während der Kohlenstoffgehalt in einen vorbestimmten Bereich fällt, so daß es unnötig ist, einen hohen Wasserstoffgehalt über eine lange Zeit aufrechtzuerhalten. Die Beibehaltung eines hohen Wasserstoffgehalts während der Vakuumentgasung ist nicht leicht mit einer üblichen Anlage, mit der nur eine begrenzte Geschwindigkeit der Zugabe von Wasserstoff eingestellt werden kann. Jedoch kann ein Anstieg des Wasserstoffgehalts durch Suspendieren des Schritts der Vakuumentgasung ohne Schwierigkeit selbst mit bestehenden Anlagen realisiert werden, was zu einer vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeit des Einführens von Wasserstoff führt.
Gemäß der Erfindung wird der Druck in der Vakuumkammer erhöht, um die Entgasungsreaktion zu geeigneter Zeit während der Decarburierung zu unterdrücken, und Wasserstoff wird zugeführt, während die Entgasungsreaktion unterdrückt wird, um in optimaler Weise die Gehalte an Kohlenstoff und Wasserstoff zu steuern. Anschließend wird der Druck in der Vakuumkammer erneut reduziert, um die Entgasungsreaktion zu aktivieren, wodurch die Decarburierung in wirksamer Weise gefördert wird. Der Wasserstoffgehalt steigt langsam an, wenn Wasserstoff zugesetzt wird, wird jedoch drastisch erniedrigt, wenn der Druck in der Vakuumkammer erneut reduziert wird. Der Wasserstoffgehalt wird auf etwa 2,5 ppm innerhalb von 5 min nach der Reduktion des Drucks reduziert. Unterdessen zeigt der Kohlenstoffgehalt in dem geschmolzenen Stahl keine wesentliche Änderung während des Schritts der Zugabe von Wasserstoff, erniedrigt sich jedoch drastisch in einem Zeitraum von etwa 5 min zum Beginn der Zeit der End-Decarburierung, die nach dem Zusatz von Wasserstoff durchgeführt wird. Die Decarburierungs-Wirkung sinkt jedoch fortschreitend in Übereinstimmung mit der Reduktion des Wasserstoffgehalts. Wenn der Wasserstoffgehalt auf etwa 2,5 ppm erniedrigt ist, sinkt die Decarburierungs-Geschwindigkeit ebenfalls auf fast denselben Wert wie in den herkömmlichen Verfahren.
Figur 4 zeigt die optimalen Bereiche des Kohlenstoffgehalts [C]anfänglich und des Wasserstoffgehalts [H]anfänglich die zum Beginn der End-Decarburierung erreicht werden sollen, um eine Decarburierung bis hinab auf 10 ppm oder niedriger, angegeben als Kohlenstoffgehalt, innerhalb des Zeitraums zu ermöglichen, in dem der Wasserstoffgehalt nach dem Start der End-Decarburierung auf einen Wert unter 2,5 ppm sinkt. Eine Decarburierung bis hinunter auf einen Wert von 10 ppm oder weniger, angegeben als Kohlenstoffgehalt, ist möglich, wenn der Wasserstoffgehalt und der Kohlenstoffgehalt auf Werte oberhalb der jeweiligen Kurven in Figur 4 bestimmt werden. Der Kohlenstoffgehalt [C]anfänglich und der Wasserstoffgehalt [H]anfänglich können jedoch frei unter Berücksichtigung der Decarburierungs- Geschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Zugabe von Wasserstoff bestimmt werden, um die Gesamt-Verfahrenszeit zu minimieren.
Aus Figur 4 versteht sich, daß die Zugabe von Wasserstoff in Gegenwart von mehr als 25 ppm Kohlenstoff im Hinblick auf Effizienz und Zeit der Zugabe von Wasserstoff nicht bevorzugt ist, da ein unpraktisch hoher Wasserstoffgehalt erforderlich ist, um eine Verringerung der Wirkung der Zugabe von Wasserstoff zu kompensieren.
Die Decarburierungs-Geschwindigkeit wird drastisch reduziert, wenn der Kohlenstoffgehalt über 25 ppm hinaus verringert wird, wenn eine übliche Vakuum-Entgasungsanlage verwendet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher bevorzugt, daß die Zugabe von Wasserstoff durchgeführt wird, nachdem der Kohlenstoffgehalt auf einen Wert von 25 ppm oder darunter reduziert wurde.
Die Werte des Kohlenstoffgehalts [C]anfänglich und des Wasserstoffgehalts [H]anfänglich, wie sie in Figur 4 gezeigt sind, sind Werte zur Erreichung eines End-Kohlenstoffgehalts [C]End von 10 ppm. Es wird ersichtlich, daß eine unverzügliche Decarburierung bis hinunter zu irgendeinem gewünschten Ziel- oder End-Kohlenstoffgehalt [C]End bewirkt werden kann, wenn der Wasserstoffgehalt [H]anfänglich so bestimmt wird, daß er der Bedingung der vorstehend gezeigten Formel (1) genügt, und wenn der Kohlenstoffgehalt [C]anfänglich und der Wasserstoffgehalt [H]anfänglich innerhalb der bevorzugten Bereiche liegen, die in Figur 4 gezeigt sind.
Um die Gesamt-Verfahrenszeit zu verkürzen, ist es auch notwendig, die Zeitdauer der Zugabe von Wasserstoff zu verkürzen. Dies kann in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht werden, indem der Innendruck der Vakuumkammer während der Zugabe von Wasserstoff angehoben wird, so daß die Dehydrogenierungsreaktion unterdrückt und das Lösen von Wasserstoff in dem geschmolzenen Stahl gefördert wird.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird nicht desoxidierter oder schwach desoxidierter geschmolzener Stahl vakuum-decarburiert durch ein RH-Verfahren (Umlauf- Entgasungsverfahren), ein DH-Verfahren (Dortmund-Hörde-bzw. Vakuum-Hebe-Verfahren) oder ein VOD-Verfahren.
Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht einer RH-Vakuum-Entgasungsanlage, die zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Entgasungsanlage weist auf: eine Vakuumkammer 1, eine Gießpfanne 2 und eine Rückführgas-Blasdüse 4, die in der Wandung eines aufsteigenden Schenkels 7 vorgesehen ist. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet geschmolzenen Stahl.
Figur 5 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischendemDruck im Innern der Vakuumkammer und der Effizienz des Lösens von Wasserstoffgas zeigt, wie sie in einer 250 t-RH- Entgasungsanlage des Typs beobachtet wird, wie er in Figur 1 gezeigt wird, wenn die Gase H&sub2; und Ar in den geschmolzenen Stahl mit Geschwindigkeiten von 6,0 Nm³/min beziehungsweise 1,0 Nm³/min durch die Rückführgas-Blasdüse 4 in dem aufsteigenden Schenkel 7 geblasen werden. Der Wasserstoffgehalt liegt in diesem Fall im Bereich von 3 ppm bis 7 ppm. Mit herkömmlichen Prozessen konnte ein ausreichend hoher Wert des Wasserstoffgehalts nicht erreicht werden, und zwar wegen der zu geringen Effizienz des Lösens von Wasserstoff, obwohl im Rahmen dieser Verfahren Wasserstoffgas in den aufsteigenden Schenkel 7 in sehr großer Geschwindigkeit eingeleitet werden konnte. Im Gegensatz dazu ermöglicht es das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, daß Wasserstoff mit hoher Effizienz gelöst wird, selbst wenn der Wasserstoff mit großer Geschwindigkeit in den aufsteigenden Schenkel eingeleitet wird, und unter der Bedingung, daß der Druck in der Vakuumkammer bei 20 Torr oder darüber gehalten wird.
Figur 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Innendruck der Vakuumkammer einer 250 t-RH- Entgasungsanlage und dem Wasserstoffgehalt von geschmolzenem Stahl in dem Gefäß bei Beobachtung 5 min nach dem Beginn der Wasserstoffzufuhr in den geschmolzenen Stahl durch Aufblasen aus einer Aufblas-Lanze, deren Position auf 2,0 m oberhalb der Schmelze- Oberfläche eingestellt wurde, wobei das Blasen durchgeführt wird mit einer Geschwindigkeit von 10 Nm³/min, während der anfängliche Wasserstoffgehalt des geschmolzenen Stahls etwa 2 ppm beträgt. Figur 6 zeigt auch die Beziehung zwischen dem Wasserstoff-Partialdruck und dem Gleichgewichts-Wasserstoffgehalt bei 1.600 ºC.
Aus diesen Fakten wird es verständlich, daß es bei dem Ziel, effizient Wasserstoff einem geschmolzenen Stahl zuzusetzen und den Wasserstoffgehalt auf einen erforderlichen Wert zu erhöhen, effektiv ist, den Innendruck in dem Gefäß auf 20 Torr oder darüber zu erhöhen, bevor das Wasserstoffgas zugeleitet wird. Um jedoch die Effizienz der Decarburierungs- Reaktion während der End-Decarburierung, d.h. der End-Decarburierung, die nach dem Zusatz von Wasserstoff durchgeführt wird, zu erhöhen, ist es erforderlich, den Innendruck der Vakuumkammer bis auf einen Wert hinab zu 2 Torr oder darunter zu erniedrigen.
Wenn eine RH-Entgasungsanlage als Entgasungssystem in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es kritisch, eine geeignete Einrichtung zum Einleiten von Wasserstoff zu verwenden, die ohne Schwierigkeit die erforderliche Wasserstoffmenge in die Vakuumkammer direkt oder indirekt durch den geschmolzenen Stahl einleiten kann. Beispielsweise ist es möglich, Blaseinrichtungen zu verwenden, wie beispielsweise (a) eine Rückführgas-Blasdüse 4 (siehe Figur 1), die in der Wand eines aufsteigenden Schenkels 7 vorgesehen ist; (b) eine Injektions-Lanze 5 (siehe Figur 2), die in den geschmolzenen Stahl in der Gießpfanne eingetaucht wird, so daß sich das eingeleitete Gas in den aufsteigenden Schenkel 7 bewegen kann; oder (c) eine vertikal bewegbare Aufblas-Lanze 6 (siehe Figur 3), die eine Lanze des wassergekühlten Typs sein kann und die oberhalb der Oberfläche des geschmolzenen Stahls in der Vaküumkammer 1 gelegen ist.
Es ist auch möglich, eine Gaseinblas-Düse, die in der Seitenwandung der Kammer vorgesehen ist, oder einen porösen Stopfen, der im Boden der Gießpfanne vorgesehen ist, als Mittel zur Zufuhr von Wasserstoff zu verwenden.
Offensichtlich kann die Zeit, die zum Lösen des Wasserstoffs erforderlich ist, dadurch verkürzt werden, daß man in geeigneter Weise zwei oder mehrere dieser Blas-Einrichtungen kombiniert.
Eine Fortsetzung der Zufuhr von Wasserstoff während der End-Decarburierung im Anschluß an den Zusatz von Wasserstoff ist wirksam im Hinblick auf eine Verlängerung der Zeitdauer mit hohem Wasserstoffgehalt und trägt daher zur Förderung der Decarburierung bei. Die Effizienz des Lösens von Wasserstoff ist jedoch während der Zeit der End-Decarburierung extrem niedrig. Es ist daher ratsam, daß die Fortsetzung der Zugabe von Wasserstoff mit einer geeigneten Einrichtung durchgeführt wird, die die Entfernung des Aufsteigens von Wasserstoff-Blasen in dem geschmolzenen Stahl maximieren kann, um ein Lösen sicherzustellen, und die leicht zu bedienen ist. Wenn eine RH-Entgasungsanlage als Entgasungssystem verwendet wird, ist die fortgesetzte Zugabe von Wasserstoff in gewissem Ausmaß möglich, ohne den Betrieb der Anlage zu stören, indem man Wasserstoff mit einer geeigneten Geschwindigkeit durch beispielsweise die Rückführgas-Blasdüse 4 in dem aufsteigenden Schenkel 7 zuführt, wie sie in Figur 1 gezeigt wird, und/oder durch die Injektions-Lanze 5, die in den geschmolzenen Stahl eingetaucht wird, wie dies in Figur 2 gezeigt ist. Durch geeignetes Kombinieren von zwei oder mehr der beschriebenen Einrichtungen zur Zufuhr von Wasserstoff ist es möglich, den Grad des Lösens des Wasserstoffs zu erhöhen, um die Decarburierung zu fördern.
Der Zusatz von Wasserstoff wird bewirkt durch Einführen einer Wasserstoff enthaltenden Substanz wie beispielsweise eines Wasserstoff enthaltenden Gases. Wasser, Dampf, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid und Calciumhydroxid können gleich gut verwendet werden, da sie Wasserstoff abdissoziieren und so ein Lösen des Wasserstoffs in dem geschmolzenen Stahl bewirken.

Beispiele

Beispiele des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, die unter Einsatz einer 250 t- RH-Entgasungsanlage durchgeführt wurden, sind nachfolgend gezeigt.
Ein nicht-desoxidierter Stahl, der in einem Konverter hergestellt worden war und einen Kohlenstoffgehalt von etwa 350 ppm und einen Sauerstoffgehalt von etwa 450 ppm aufwies, wurde einer Decarburierung unterworfen, die in der oben genannten Entgasungsanlage durchgeführt wurde. Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind in Tabelle 1 gezeigt.
In Beispiel 1 wurde Ar-Gas mit einer Geschwindigkeit von 2,0 Nm³/min aus einer Rückführgas-Blasdüse 4 in die Vakuumkammer 1 eingeblasen. Dern folgte eine übliche Decarburierung, die über eine Zeitdauer von 12 min durchgeführt wurde. Anschließend wurden einige der sechs Stufen eines Evakuierung-Ejektors gestoppt und der Druck innerhalb der Vakuumkammer auf 30 Torr eingestellt, und die Gase H&sub2; und Ar wurden 3 min lang mit Geschwindigkeiten von 6,0 Nm³/min bzw. 1,0 Nm³/min durch die Rückführgas-Blasdüse 4 in den aufsteigenden Schenkel 7 der in Figur 1 gezeigten RH-Entgasungsanlage eingeblasen, wodurch Wasserstoff zugeführt wurde. Im Ergebnis wurde der Wasserstoffgehalt von etwa 1 ppm auf etwa 7 ppm erhöht. Danach wurde der oben genannte Ejektor so gestartet, daß er mit voller Kraft arbeitete, und während die Zufuhr von H&sub2;-Gas beendet wurde, wurde die Zufuhr von Ar-Gas durch die Blasdüse 4 mit einer Geschwindigkeit von 2,0 Nm³/min fortgesetzt, wodurch eine End-Decarburierung bewirkt wurde. Der Kohlenstoffgehalt zum Zeitpunkt unmittelbar vor dem Beginn der End-Decarburierung betrug etwa 25 ppm, angegeben als Mittelwert. Nach erneutem Start des Ejektors wurde der Druck innerhalb der Vakuumkammer auf weniger als 2,0 Torr in 1 min abgesenkt. Der Kohlenstoffgehalt nach Abschluß der End-Decarburierung betrug etwa 8 ppm (Mittelwert), während der Mittelwert des Wasserstoffgehalts nach Abschluß der End-Decarburierung etwa 3 ppm betrug. Eine Al-Desoxidationsbehandlung wurde im Anschluß an die End- Decarburierung 5 min lang durchgeführt.
In Beispiel 2 wurde eine übliche Decarburierungs-Behandlung für die Zeit von 12 min wie in Beispiel 1 durchgeführt. In diesem Fall erfolgte die Zugabe von Wasserstoff für die Zeit von 3 min, und die End-Decarburierung erfolgte für die Zeit von 5 min. Die Zeitdauer der Al-Behandlung betrug 5 min. In Beispiel 2 wurde jedoch die End-Deearburierung durchgeführt unter Zuleitung von H&sub2;-Gas mit einer Geschwindigkeit von 1,0 Nm³/min durch eine Injektions-Lanze 5 (siehe Figur 2), die unterhalb des aufsteigenden Schenkels 7 der RH- Vakuumkammer eingetaucht war. Außerdem wurden während der End-Decarburierung H&sub2;- Gas und Ar-Gas mit Geschwindigkeiten von 2,5 Nm³/min bzw. 1,5 Nm³/min durch die Rückführgas-Blasdüse 4 in dem aufsteigenden Schenkel 7 zugeleitet. So wurde die Zugabe von Wasserstoff während der Zeit der End-Decarburierung fortgesetzt. Mittelwerte des Kohlenstoffgehalts und Wasserstoffgehalts in dem geschmolzenen Stahl vor der End- Deearburierung waren etwa 25 ppm bzw. etwa 7 ppm, während die Mittelwerte des Kohlenstoffgehalts und Wasserstoffgehalts in dem geschmolzenen Stahl nach der End- Deearburierung etwa 6 ppm bzw. etwa 4,5 ppm waren.
In Beispiel 3 wurde eine übliche Decarburierung für die Zeit von 12 min wie in Beispiel 1 durchgeführt. In diesem Fall erfolgte jedoch der Zusatz von Wasserstoff für die Zeit von 3 min nach dem Zeitpunkt, zu dem der Innendruck in der Vakuumkammer auf 30 Torr angehoben worden war. Anschließend wurde der Ejektor voll in Betrieb genommen, um den Innendruck zu erniedrigen, und die End-Decarburierung wurde für die Zeit von 5 min durchgeführt, gefolgt von einer Al-Desoxidationsbehandlung, die ebenfalls für die Zeit von 5 min durchgeführt wurde. In diesem Beispiel wurden H&sub2;-Gas und Ar-Gas mit Geschwindigkeiten von 2,5 Nm³/min bzw. 1,5 Nm³/min durch die Rückführgas-Blasdüse 4 in den aufsteigenden Schenkel 7 eingeleitet. Gleichzeitig wurde H&sub2;-Gas auf die Oberfläche des geschmolzenen Stahls mit einer Geschwindigkeit von 10 Nm³/min durch eine wassergekühlte Aufblas-Lanze aufgeblasen, die eine einzelne Laval-Düse aufwies, die vertikal nach unten gerichtet war und die auf eine Höhe von 2,5 m oberhalb der Oberfläche des geschmolzenen Stahls abgesenkt wurde. Während der End-Decarburierung wurde die Zufuhr von H&sub2;-Gas und Ar-Gas mit Geschwindigkeiten von 2,5 Nm³/min bzw. 1,5 Nm³/min durch die Blasdüse 4 aufrechterhalten, während die Aufblas-Lanze angehoben wurde, um das Aufbiasen von H&sub2;- Gas zu beenden. Die Mittelwerte des Kohlenstoffgehalts und Wasserstoffgehalts in dem geschmolzenen Stahl vor der End-Decarburierung waren etwa 25 ppm bzw. etwa 7 ppm, während die Mittelwerte des Kohlenstoffgehalts und Wasserstoffgehalts in dem geschmolzenen Stahl nach der End-Decarburierung etwa 7 ppm beziehungsweise etwa 3,8 ppm betrugen.
In Vergleichsbeispiel 1 wurde dieselbe RH-Entgasungsanlage wie diejenige eingesetzt, die in Beispiel 1 Gebrauch fand. In diesem Fall wurde eine Al-Desoxidationsbehandlung 5 min lang unmittelbar nach dem üblichen Decarburierungs-Verfahren durchgeführt, das für die Zeit von 20 min stattfand. So wurde in diesem Fall kein Wasserstoff zugesetzt. Der Mittelwert des Kohlenstoffgehalts nach Abschluß der Decarburierung betrug 17 ppm.
In Vergleichsbeispiel 2 wurde ebenfalls dieselbe RH-Entgasungsanlage verwendet, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde. In diesem Fall wurde im Anschluß an eine 5-minütige übliche Deearburierungs-Behandlung eine Deearburierung für die Zeit von 15 min unter Zufuhr von Wasserstoffgas durchgeführt. Anschließend erfolgte eine Al-Desoxidationsbehandlung für die Zeit von 5 min. Der Zusatz von Wasserstoff während der Decarburierung erfolgte über die Rückführgas-Blasdüse 4 in dem aufsteigenden Schenkel 7 mit einer Geschwindigkeit von 6,0 Nm³/min; zusammen damit wurde Ar-Gas durch dieselbe Blasdüse mit einer Geschwindigkeit von 1,0 Nm³/min zugeführt. Während der Zeit der Decarburierung wurde der Ejektor mit voller Kraif betrieben, so daß der Innendruck in der Vakuumkammer während der Decarburierung nicht angehoben wurde. In diesem Fall waren die Mittelwerte des Kohlenstoffgehalts und des Wasserstoffgehalts etwa 12 ppm bzw. etwa 3,5 ppm.
Die Mittelwerte des Kohlenstoffgehalts und die Standardabweichungen der beschriebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 1 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß sehr niedrige Kohlenstoffgehalte unter 10 ppm in kurzer Zeit in allen Beispielen 1 bis 3 in kurzer Zeit erhalten wurden, und daß die Schwankung des End-Kohlenstoffgehalts in diesen Beispielen ebenfalls klein ist. Tabelle 1 Gesamt-Decarburierungszeit (min) Mittelwert des C-Gehalts nach Decarburierung Standardabweichung des C-Gehalts (ppm) Mittelwert des H-Gehalts 15 min nach Beginn des Verfahrens *) Gesamtmenge H&sub2; (Nm³) Beispiel Vergleichsbeispiel Anmerkung: *: unmittelbar vor der End-Decarburierung
Wie anhand der vorangehenden Beschreibung verständlich ist, ist es gemaß der vorliegenden Erfindung möglich, schnell einen Stahl mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt mit einem Kohlenstoffgehalt nicht über 10 ppm mit einem hohen Grad an Stabilität im industriellen Maßstab zu erzeugen. Außerdem enthält das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung keinen Faktor, der einen sicheren Betrieb der Anlage erschwerte, wie beispielsweise eine Beschädigung der Anlage durch Ablagerung hochgespritzter Teilchen gesch molzenen Stahls, außerordentlichen Verschleiß der Feuerfest-Materialien usw.. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher leicht mit bestehenden Anlagen durchgeführt werden, wenn nur die Gaszufuhrleitung der Anlage so modifiziert wird, daß dies eine Zufuhr von Wasserstoff unter den speziellen Bedingungen ermöglicht.
Es versteht sich also, daß die vorliegende Erfindung verschiedene industrielle Vorteile bietet.
Obwohl die Erfindung in ihrer speziellen Form beschrieben wurde, versteht es sich, daß die beschriebenen Beispiele nur veranschaulichend sind und an ihnen verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der allein durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt unter Verwendung einer Vakuum-Entgasungsanlage an geschmolzenem Stahl, das die Schritte umfaßt, daß man

- eine Vakuum-Decarburierung durchführt, um einen vorbestimmten Wert des Kohlenstoffgehalts in dem geschmolzenen Stahl zu erhalten, indem man fortschreitend den Druck in der Vakuum-Entgasungsanlage reduziert;

- Wasserstoff zusetzt, der in dem geschmolzenen Stahl gelöst wird, während der Druck zeitweise auf 20 Torr oder darüber angehoben wird; und

- die End-Decarburierung durchführt, indem man den Druck auf 2 Torr oder darunter reduziert.

2. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach Anspruch 1, worin der Zusatz von Wasserstoff bewirkt wird, nachdem der Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahls auf einen Wert von 25 ppm oder darunter reduziert wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach den Ansprüchen 1 und 2, worin der Zusatz von Wasserstoff in der Weise bewirkt wird, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

[H] ≥ { ([C] - [C]End)/5 } + 4

worin [H] für den Wasserstoffgehalt (in ppm) im geschmolzenen Stahl im Zustand nach der Zugabe von Wasserstoff steht, [C] für den Kohlenstoffgehalt (in ppm) im geschmolzenen Stahl im Zustand nach der Zugabe von Wasserstoff steht und [C]End für den zu erhaltenden End-Kohlenstoffgehalt (in ppm) steht.

4. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach den Ansprüchen 1 bis 3, worin der Wasserstoff auch während der Durchführung der End- Decarburierung zugesetzt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach den Ansprüchen 1 und 4, worin die Zugabe von Wasserstoff bewirkt wird durch Zuleiten einer Wasserstoff enthaltenden Substanz auf die Oberfläche des geschmolzenen Stahls in der Vakuum-Entgasungsanlage.

6. Verfahren zur Erzeugung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach Anspruch 5, worin die Wasserstoff enthaltende Substanz wenigstens eine der Verbindungen Wasserstoffgas, Wasser, Dampf, Calciumhydroxid, Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid einschließt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach den Ansprüchen 1 und 6, worin eine RH-Entgasungsanlage als Vakuum-Entgasungsanlage verwendet wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach Anspruch 2, worin Wasserstoff auch während der Durchführung der End-Decarburierung zugesetzt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach Anspruch 3, worin Wasserstoff auch während der Durchführung der End-Decarburierung zugesetzt wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit ultra-niedrigem Kohlenstoffgehalt nach Anspruch 4, worin die Zugabe von Wasserstoff bewirkt wird durch Einleiten einer Wasserstoff enthaltenden Substanz auf die Oberfläche des geschmolzenen Stahls in der Vakuum-Entgasungsanlage.