DE2461859A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines stahls mit niedrigem kohlenstoff- und stickstoffgehalt - Google Patents

Description

ÄPipl.-lng. H. Sauerland · Dr -Ing, R König - Dipl-ilng. K. Bergen Ct. Patentanwälte · 4Doo Düsseldorf 3D · 'Cecilienglleef v-s-" ·:· telefon 43273a

27. Dezember 29 810 K

;·■ / K IIPPÖN STEEL· .COKPOBATION,,-.■ ■ :': ■. ■ \~■ ; \ ■■; _..· No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio (Japan)

"Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Stahls mit niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt"

Die Erfindung bezieht sich auf .eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Stahls mit niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt durch eine Vakuumbehandlung, bei der eine den Stahl enthaltende Schmelze in einer Vakuumkammer unter völligem Luftabschluß mit Sauerstoff gefrischt wird₀ · ·

Der Stickstoffgehalt von Stahlschmelzen läßt sich bekanntlich nur sehr schwer verringern* Dabei ergeben sich im Vakuum besondere Schwierigkeiten«, Die Entstickung wird jedoch beschleunigt, wenn im Rahmen einer Vakuumentkoh- - lung Sauerstoff in oder auf die Schmelze geblasen wird. Dies ist auf die Kochreaktion infolge des Entstehens von Kohlenmonoxyd und die damit verbundene Verringerung des Stickstoffpartialdrueks in der Atmosphäre über der Schmelze zurückzuführen, durch die der Gleichgewichtsgehalt des StickstoffsjLnjder Schmelze verringert und die Badentstickung begünstigt wird.

Beim Herstellen von Stählen mit niedrigem Stickstoffgehalt kommt es somit darauf an, den Stickstoffpartialdruck in der Atmosphäre möglichst gering zu halten. In dieser Hinsicht ergeben sich jedoch bei den her-

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kömmlichen Verfahren zum Vakuumentkohlen eine Reihe; von Schwierigkeiten,, Zunächst ist es außerordentlich schwie^ rig, jeden Luftzutritt,zu. der Schmelze.zu unterbinden.-Hinzu .kommt, daß,die Entkohlungsgeschwindigkelt mit abnehmendem Kohlenstoffgeha.lt immer geringer,-wird, .so daß dementsprechend auch die Menge de s aus de r·Kohlenstoff/ Sauerstoff-Reaktion entstehenden Kohlenmonoxyds ab- . .--... nimmt und als Folge davon der.Stickstoffpartialdruck im Vergleich zur Phase hoher Entkohlungsgeschwindigkeit zunimmt.; Dem ließe sich..an sich durch eine "weitere Verringerung des Drucks während der Phase niedriger Entkohlungsgeschwindigkeit entgegenwirken, doch ist die ., Pumpenkapazität zumeist begrenzt und ergibt.sich-bei einer weiteren. Druckverminderung die Gefahr zunehmender Metallspritzer beim Kochen des Bades.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß es bei. der Pfannenentgasung während des Entkohlens mit niedriger Entkohlungsgeschwindigkeit schwierig- ist, den Stick- .· stoffpartialdruck unter einen bestimmten Wert zu verringern«, Dies dürfte der Grund, dafür sein, daß in der Praxis der zu Beginn und während der mittleren Phase ' des Vakuumentkohlens abnehmende Stickstoffgehalt in der Endphase, wieder zunimmt* Um'dem entgegenzuwirken, . wurde bislang stets ein niedriger Druck angestrebt, dem Luftzutritt dagegen keine besondere Aufmerksamkeit geschenkte Die herkööimlicheh Verfahren erlauben daher eine Vakuumentkohlung und -entstickung nur in begrenztem Maße. . ,

Der Erfindung liegt nun die Auf gäbe. zugrunde, ein. Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die das Herstellen eines Stahls mit extrem niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt.im Vakuum erlauben. Die Lösung, dieser Aufgabe basiert auf, dem Gedanken, während der.

Vakuumbehandlung jeden Luftzutritt zu unterbinden, um auf diese Weise den Partialdruck des - Stickstoffs so niedrig wie möglich zu halten. Im einzelnen besteht die Erfindung in einer Vorrichtung und in einem Verfahren, bei denen die Schmelze in einem mit einer Lanzenöffnung im Deckel sowie je einer Doppeldichtung· am Deckelrand sowie zwischen Deckel und Lanze entkohlend gefrischt wird«, Das Frischen geschieht bei verringertem Druck durch Ein- oder Aufblasen'von Sauerstoff mittels der Lanze unter gleichzeitigem Einblasen eines■Inertgases wie beispielsweise Argon in den Raum der Doppeldichtung mit einem den Atmosphärendruck vorzugsweise übersteigenden Druck mindestens während der Endphase des Frischens mit geringer Entkohlungsgeschwindigkeit_o

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der· Zeichnung zeigen:

Fig» 1 eine Vorrichtung zum Pfannenentgasen.in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Deckeldichtung gemäß a in Fig. 1,

ig. 5 eine erfindungsgemäße Lanzendichtung gemäß b in Fig.' -1, · -

Fig. 4 eine herkömmliche. Deckeldichtung und

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit des Kohlenstoff- und des Stickstoffgehaltes von der Behandlungsdauer im Falle eines 18% Chrom enthaltenden Stahls. ■'

Bei der Vorrichtung" nach Fig»' T befindet sich eine die zu behandelnde Schmelze enthaltende übliche Pfanne T in einer mit einem Deckel 3 luft, dicht verschlossenen

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Vakuumkammer 2. Die Vakuumkammer 2 ist über einen Saugstutzen 4 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden, während durch den Deckel 3 eine Sauerstofflanze 5 in die Vakuumkammer ragt.

Bei herkömmlichen Vakuumvorrichtungen befindet sich an der Berührungsfläche zwischen dem Deckel und dem Behälterrand einerseits und dem Deckel und der Lanze andererseits in Gestalt üblicher O-Ringe, wie dies in Fig. 1 schematisch dargestellt ist₀ Die Wirksamkeit der Dichtung hängt dabei von der Flächigkeit der Berührungsflächen, dem Zustand der O-Ringe und der Haltekraft ab, weswegen es schwierig ist, einen absolut dichten Luftabschluß zu erreichen,,

Erfindungsgemäß weist der Vakuumbehälter daher je eine Doppeldichtung an den Berührungsflächen zwischen dem Deckel einerseits und dem Behälterrand sowie der Lanze andererseits auf, wie dies in den Fig_o 2 und 3 dargestellt ist. Diese Doppeldiehtungen bestehen jeweils aus einem äußeren Dichtungsring 6 und einem im Abstand davon angeordneten inneren Dichtungsring 7, die zwischen sich eine luftdichte Ringkammer 9 einschließen, in die über eine besondere Zuleitung 10 ein Inertgas gebracht werden kann.

Doppeldiehtungen der in Rede stehenden Art sind zwar bei kleinen Vakuumschmelzöfen bekannt. Dabei ist jedoch, wie in Figo 4 dargestellt, die Kammer 9 über eine Bohrung 8 mit der Vakuumpumpe verbunden, um die in die Kammer 9 eindringende Luft abzusaugen. Dies ist umständlich und darüber hinaus auch keineswegs ausreichend. Nach der Erfindung wird daher die luftdichte Ringkammer mit einem Inertgas wie beispielsweise Argon versorgt, so daß keine Luft eindringen kann und demzufolge auch kein Stickstoff in den Vakuumbehälter 2

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gelangt,- ;_{; ;} ■-./. .-v,.; :.:.:■

Im Rahmen von Versuchen wurde "beispielsweise die luftdichte Ringkammer mit Argon eines im wesentlichen konstanten Drucks von 1,0 "bis 5»Q atm².versorgte Damit gelang es, jeden Luftdurchtritt, zwischen den Dichtungen 6 und dem Deckel im Bereich des Behälterrandes und der Lanzenöffnung zu. unterbinden und den Stickstoffpartialdruck in demvVakuumbehälter mit Hilfe des durch die ■ Dichtungen 7 eindringenden Argons zu verringern» Je nach dem angestrebten Stickstoffgehalt der Schmelze kann der. Inertgasdruck in der Ringkammer 9 eingestellt werden. Bei einem Gasdruck unter einer atm dringt naturgemäß Luft in die Ringkammer ein, während andererseits bei einem Kammerdruck über 5 atm Inertgas aus der Ringkammer 9 in die Atmosphäre gelangt und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird.

Die Ringkammer braucht während der Vakuumbehandlung nicht dauernd mit Inertgas, versorgt zu werden;.vielmehr reicht es aus, die Ringkammer während der Endphase der Behandlung mit Inertgas zu versorgen, wenn normalerweise der Stickstoffgehalt-der». Schmelze ansteigen würde. In jedem Falle gelingt es, den Stickstoffp artialdruck im Vakuumbehälter weitaus niedriger zu halten als dies bei herkömmlichen.Verfahren und Vorrichtungen möglich ist« Demzufolge;eignen sich das .· erfindungsgemäße Verfahren und eine entsprechend gestaltete Vorrichtung zum Herstellen von.Stählen mit sehr geringem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt₀

Das Diagramm der Fig*. ·5 zeigt die Verringerung-der Gehalte an.Stickstoff und Kohlenstoff während der . Vakuumbehandlung,: wobei, sich, die-· ausgezogene 'Kurve ·

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auf das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Argondruck von 2 atm in der Ringkammer und,.der. gestrichelte Kurventeil auf ein herkömmliches Verfahren bezieht. Der Kurvenverlauf macht deutlich, daß der Stickstoffgehalt bei dem herkömmlichen Verfahren in der Endphase merklich ansteigt, während der Stickstoffgehalt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Schlußphase noch geringfügig abnimmt, mindestens aber konstant gehalten wird. In beiden Fällen ließ sich der Kohlenstoffgehalt auf 0,01% verringern, während der Endstickstoffgehalt bei dem bekannten Verfahren 0,009%, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dagegen 0,005% betrüge

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Claims (1)

1. NIPPON STEELCORPORATION, Νθό 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio (Japan)

   Patentansprüche: _; .. ■

   Vorrichtung zum Herstellen eines Stahls mit niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt, "bestehend aus einem mit einem Deckel versehenen Behälter und Dichtungen am Deckelrand.und einer Durchtrittsöffnung für eine Sauerstofflanze, gekennzeichnet durch je zwei im Abstand voneinander angeordnete Dichtungsringe -(6, 7) und eine zwischen den Dichtungsringen (6, 7) befindliche Ringkammer (9) mit einem Gaseinlaß (10)_o

   Verfahren zum Herstellen von Stahl mit niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt durch Vakuumfrischen in einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens während der Phase geringer Entkohlungsgeschwind!gkeit ein Inertgas in die Ringkammer eingeblasen wird₀

   Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Innendruck der Ringkammer auf 1 bis 5 atm eingestellt wird.