DE69116233T2

DE69116233T2 - Verfahren zum Herstellen kohlenstoffarmer Stähle

Info

Publication number: DE69116233T2
Application number: DE69116233T
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: 1990-05-17
Filing date: 1991-05-16
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2011-05-17
Also published as: CA2042773C; EP0461415A1; KR930011671B1; CA2042773A1; DE69116233D1; KR910020183A; US5221326A; EP0461415B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines sehr kohlenstoffarmen Stahls, das, unter Verwendung einer Vakuum-Entgasungseinrichtung, einen sehr kohlenstoffarmen Stahl aus nicht deoxidiertem oder gring deoxidiertem, geschmolzenem Stahl produzien kann, das durch einen Stahlproduktionsofen vorbereitet ist, insbesondere einen kombinierten Blaskonverter oder einen LD-Konverter, ohne Verkürzung der Lebenszeit des Produktionsvorrichtung.

Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik

Eine kontinuierliche Glühvorrichtung, die in den vergangenen Jahren verfügbar geworden ist, hat eine bemerkenswerte Erhöhung der Produktivität kaltgewalzter Stahlbänder mit sich gebracht. Dieses kontiniuierliche Glühsystem hat Anlaß zur Forderung nach sehr kohlenstoffarmem Stahl gegeben, der einen Kohlenstoffgehalt von 10 ppm oder geringer besitzt.
Herkömmlich ist ein sehr kohlenstoffarmer Stahl durch Entkohlung eines geschmolzenen Stahls, bis der Kohlenstoffgehalt auf 0,02 bis 0,05 Gewichts-% unter Verwendung eines Konverters reduziert ist, und dann durch weitere Entkohlung des Stahls unter einem reduzierten Druck durch eine Vakuum-Entgasungseinrichtung, wie beispielsweise eine RH-Entgasungseinrichtung, hergestellt worden.
Das herkömmliche Entkohlungsverfahren, das eine Vakuum-Entgasungseinrichtung verwendet, konnte allerdings nicht einen sehr kohlenstoffarmen Stahl, der einen Kohlenstoffgehalt [C] geringer als 10 ppm besaß, in einem industriellen Maßstab produizeren, da die Entkohlungsrate drastisch herabgesetzt wird, wenn der Kohlenstoffgehalt [C] auf ein Niveau geringer als 50 ppm reduziert wurde.
Zum Zweck der Erhöhung der Entkohlungsrate ist im wesentlichen berücksichtigt worden, den Bereich der Reaktionsstelle zu erhöhen. Mit dieser Kenntnis ist versucht worden, die Reaktionsrate durch Erhöhen des Bereichs des Reaktionsstellenbereichs zu verstärken. Gasblasen in dem geschmolzenen Stahl oder an der Oberfläche des geschmolzenen Stahls in einer Vakuumkammer oder Spritzmetall in der Vakuumkammer wurden an der Reaktionsstelle beobachtet. Es ist allerdings noch unklar, welchen Beitragsumfang diese Vorkommnisse beisteuern, um den Reaktionsstellenbereich zu erhöhen. Herkömmlich ist es eine allgemeine Erkenntnis geworden, daß die vorstehend erwähnten drei Reaktionsstellen durch Erhöhen der Rate einer Zuführung von Ar-Gas zum Rühren oder Rezirkulieren erhöht werden. Mit dieser Erkenntnis ist versucht worden, eine RH-Entgasungseinrichtung mit Ar-Gas unter einer hohen Rate von 20 Nm³/min oder dergleichen zu versorgen.
Ein Einblasen von Ar-Gas unter einer solchen hohen Rate verursacht allerdings ein Problem dahingehend, daß die Entgasungseinrichtung nicht kontinuierlich aufgrund eines Niederschlagens von Spritzmetall auf der inneren Oberfläche der Vakuumkammer der Vakuum-Entgasungseinrichtung als Folge von einer heftigen Erzeugung von Spritzmetall, das durch das Einblasen von Ar-Gas verursacht wird, betrieben werden kann.
Um das vorstehend beschriebene Problem zu vermeiden, ist ein Verfahren vorgeschlagen und verwendet worden, bei dem Wasserstoffgas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas in einen geschmolzenen Stahl eingeblasen wird, um so den Gehalt von Nasserstoff, der in dem geschmolzenen Stahl [H] gelöst ist, zu erhöhen. Gemäß diesem Verfahren findet eine Reaktion, die als 2H T H&sub2; angegeben werden kann, statt, um Blasen aus Wasserstoffgas zu erzeugen, um so den Effekt eines Rührens zu erhöhen und die Entkohlungsrate durch die Erhöhung in dem Bereich der Reaktionsstellen zu erhöhen. Dieses Verfahren ist in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 57-194206 offenbart.
Es ist bestätigt worden, daß dieses Verfahren die Entkohlungsrate in dem Bereich mit niedrigem Kohlenstoff erhöhen kann und demzufolge zu einer Verbesserung der Effektivität der Herstellung von sehr kohlenstoffarmen Stahl beiträgt. Dieses Verfahren erfordert allerdings, daß der Wasserstoffgehalt auf einem ausreichend hohen Niveau, z.B. 3 bis 5 ppm, aufrechterhalten wird, um einen wahrnehmbaren Effekt beim Fördern einer Entkohlung zu schaffen. Um einen solchen hohen Nasserstoffgehalt beizubehalten, ist gefordert worden, daß der Nasserstoff unter einer Rate nicht geringer als 5 Nm³/min eingeblasen wird, wenn eine RH-Entgasungseinrichtung, die eine Kapazität von zum Beispiel 250 Tonnen besitzt, verwendet wird. Dies bewirkt verschiedene Probleme, wie beispielsweise ein Erhöhen der Erzeugungsrate von Spritzmetall in der Vakuumkammer und ein Verkürzen der Lebensdauer der Gasblasdüse.
Weiterhin erniedrigt sich die Rat einer Verwendbarkeit von Wasserstoff, wenn sich die Rate von Wasserstoffgas durch die Düsen erhöht, die in der Seite der Wand eines Rezirkulationsrohrs vorgesehen sind, wie dies in der JP-A-63 143 216 und der JP-A-57 194 206 beschrieben ist. Demzufolge ist es sehr schwierig geworden, den Wasserstoffgehalt auf einem solchen hohen Niveau durch Injektion von Wasserstoffgas durch die Düsen beizubehalten, die in der Seite der Wand des Rezirkulationsrohr vorgesehen sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile und die industriellen Probleme, die mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren verbunden sind, das sich auf das Einblasen von Nasserstoffgas bezieht, zu beseitigen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das die Produktion eines sehr kohlenstoffarmen Stahls ermöglicht, der einen Kohlenstoffgehalt [C] nicht größer als 10 ppm besitzt.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine praktische Einrichtung zum Zuführen von Wasserstoff, ebenso wie Betriebsbedingungen, zu schaffen, die ein Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgaben der Erfindung ermöglichen.
Dementsprechend wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines sehr kohlenstoffarmen Stahls gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Um den Effekt zu erhöhen, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hervorgerufen wird, ist es möglich, eine zusätzliche Maßnahme vorzunehmen, wie beispielsweise ein weiteres Einblasen bzw. Injizieren von Wasserstoffgas über eine Blasdüse, die in der Wand des Rezirkulationsrohrs vorgesehen ist, oder ein Einblasen bzw. Injizieren von Wasserstoff- oder Wasserstoff enthaltendem Gas über eine Einspritzlanze, die in dem geschmolzenen Stahl, der in einer Gießpfanne aufgenommen ist, eingetaucht ist.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen einer Entkohlungsraten-Konstanten Kc und einem Haupt-Kohlenstoffgehalt [C] darstellt, wie dies beobachtet wird, wenn Wasserstoffgas in geschmolzenen Stahl über eine Wasserstoffblasdüse bzw. ein -rohr einge fuhrt wird;
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Höhe der Blasdüse bzw. der Lanze, gemessen von einem angenommenen Stahl-Schmelzen-Oberflächenniveau, und der Entkohlungsraten-Konstanten Kc in einem ultraniedrigen Kohlenstoffbereich darstellt, die dann erhalten wird, wenn Wasserstoffgas horizontal in eine Vakuumkammer eingeführt wird;
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Entkohlungsraten-Konstanten Kc und einem Haupt-Kohlenstoffgehalt [C] darstellt, wie sie erhalten wird, wenn Wasserstoffgas sowohl über eine Rezirkulationsgas-Blasdüse als auch eine Injektionslanze eingeführt wird;
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Wasserstoffgehalt [H] und dem Kohlenstoffgehalt [C] darstellt, wie dies beobachtet wird, wenn Wasserstoffgas sowohl über eine Rezirkulationsgas-Blasdüse als auch eine Injektionslanze eingeführt wird;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die Entkohlungskurven darstellt, die die Entkohlungs-Kennlinien des Verfahrens gemäß der Erfindung und eines herkömmlichen Verfahrens darstellen;
Fig. 6(b) bis 6(d) und 6(t) zeigen schematische Schnittansichten der Ausrüstung, die zum Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignet ist; und
Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vakuum-Entgasungseinrichtung des Typs, bei dem der Gasblasauslaß einer Injektionslanze unmittelbar unter einem Rezirkulationsrohr angeordnet wird;
Fig. 8 zeigt eine schematische Schnittansicht der Ausrüstung zur Verwendung beim Durchführen des herkömmlichen Verfahrens.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besitzt die folgenden Hauptmerkmale (1) bis (3):
(1) Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung einer Vakuum-Entgasungseinrichtung (auch als "RH-Anlage" bezeichnet) ausgeführt, die typischerweise ein Gasrezirkulationsrohr und eine Vakuumkammer besitzt. Obwohl die Erfindung nicht die Verwendung eines anderen Typs einer Vakuum-Entgasungseinrichtung ausschließt, ist die Verwendung der RH-Anlage bevorzugt, da die Vakuum-Entkohlung, die eine solche RH-Anlage verwendet, weit verbreitet verwendet wird, und, wenn die Erfindung unter Verwendung einer bestehenden RH-Anlage ausgeführt wird, kann die Entkohlung in einem solchen Grad erreicht werden, wie dies niemals mit einem herkömmlichen Verfahren erzielbar wäre.
(2) Gemäß der Erfindung wird die Einführung von Wasserstoff begonnen, wenn der Kohlenstoffgehalt [C] in dem geschmolzenen Stahl zu einem Pegel niedriger als 50 ppm abgefallen ist.
Fig. 1 stellt die Beziehung zwischen der Entkohlungsraten-Konstanten Kc und dem Haupt-Kohlenstoffgehalt [C] dar, wie dies dann beobachtet wird, wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung durch eine Anlage ausgeführt wird, wie sie in Fig 6(a) dargestellt ist.
Wie anhand der Fig. 1 gesehen werden kann, ist die Verbesserung, die durch die Einführung von Wasserstoffgas erreicht wird, nicht beträchtlich, wenn der Kohlenstoffgehalt [C] nicht geringer als 50 ppm ist. Die Einführung von Wasserstoffgas unter der Bedingung, daß der Kohlenstoffgehalt [C] nicht geringer als 50 ppm ist, führt nämlich nur zu einer nicht ökonomischen Verschwendung von Wasserstoff. Im Gegensatz dazu variiert, wenn der Kohlenstoffgehalt [C] geringer als 50 ppm ist, die Entkohlung bzw. Dekarbonisierung in Abhängigkeit davon, ob die Einführung von Wasserstoffgas durchgeführt wird oder nicht. Es ist bestätigt worden, daß der Effekt der Einführung von Wasserstoffgas nur in dem Bereich feststellbar ist, wo der Kohlenstoffgehalt geringer als 50 ppm ist. Der Term der Entkohlungsraten-Konstanten Kc ist der Gehalt, der die Rate einer Entkohlung darstellt, die in der Form einer primären Reaktion fortschreitet. Demzufolge wird die Entkohlungsraten-Konstante Kc wie folgt ausgedrückt:
- d[C]/dt = kc[C]
wobei [C] den Kohlenstoffgehalt in dem geschmolzenen Stahl darstellt.
(3) Das dritte Merkmal des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist dasjenige, daß die Einführung von Wasserstoff durch Blasen von Wasserstoff auf die Obefläche des gechmolzenen Stahls in der Vakuumkammer über eine Lanze durchgeführt wird, die in die Vakuumkammer erstreckt ist.
Das Verfahren der Einführung von Wasserstoffgas wird unter Bezugnahme auf die Figuren 6(a) bis 6(d) beschrieben.
Fig. 6(a) stellt ein Verfahren dar, bei dem Wasserstoff enthaltendes Gas in den geschmolzenen Stahl über Wasserstoffgas-Einspritz-Blasdüsen 9 eingespritzt ist, die sich in der Wand 3 einer Vakuumkammer 2 auf einem Niveau unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Stahls öffnen.
Fig.6 (b) stellt ein Verfahren dar, bei dem ein Wasserstoff enthaltendes Gas schräg nach unten zu der Oberfläche des geschmolzenen Stahls hin von Wasserstoff-Blasdüsen 9 eingeführt wird, die sich in der Wand 3 der Vakuumkammer 2 oberhalb der Oberfläche des geschmolzenen Stahls öffnen.
Fig. 6(c) stellt ein Verfahren dar, bei dem ein Wasserstoff enthaltendes Gas in die Vakuumkammer 2 über Blasdüsen eingeführt wird, die sich in der Wand 3 der Vakuumkammer 2 unter einem Niveau öffnen, das innerhalb von 1200 mm von der Oberfläche des geschmolzenen Stahls liegt.
Fig. 6(d) stellt ein Verfahren dar, bei dem ein Wasserstoff enthaltendes Gas auf die Oberfläche des geschmolzenen Stahls über eine Oberseiten-Blaslanze 10 eingeführt wird.
Fig. 2 stellt die Beziehung zwischen der auftretenden Entkohlungsraten-Konstanten Kc während einer Reduktion des Kohlenstoffgehalts [C] von 20 ppm auf 10 ppm und die Höhe der acht Blasdüsen 9 gemessen von der angenommen Oberfläche des geschmolzenen Stahls dar, wie dies beobachtet wird, wenn Wasserstoffgas unter einer Rate von 7,5 Nm³/min über die acht Blasdüsen 9 eingeblasen wird, die an der Wand 3 der Vakuumkammer 2 einer RH-Entgasungseinrichtung vorgesehen sind, die eine Kapazität von 250 Tonnen besitzt, wie dies in Fig. 6(c) dargestellt ist. Fig. 2 stellt auch, und zwar zum Zwecke eines Vergleichs, die vorstehend erwähnte Beziehung dar, wie sie dann beobachtet wird, wenn kein Einblasen von Gas durchgeführt wird und wenn Ar-Gas über die acht Blasdüsen 9 eingeblasen wird. Der Ausdruck "angenommene Oberfläche des geschmolzenen Stahls" wird dahingehend verwendet, daß er ein Niveau bedeutet, das ungefähr 1,48 m in Bezug auf einen statischen Kopf des geschmolzenen Stahls, höher als das Niveau des geschmolzenen Stahls in der Gießpfanne 6 unter der RH-Behandlung, liegt.
Wie anhand der Fig. 2 gesehen werden wird, wird, wenn Wasserstoffgas eingeführt wird, ein größerer Wert einer Entkohlungsraten-Konstanten Kc verglichen mit dem Fall erhalten, wo ein Ar-Gas alleine verwendet wird und der Fall, wo das Einblasen von Gas nicht durchgeführt wird, wodurch demzufolge eine merkbare Verbesserung in der Entkohlungsrate bestätigt wird.
Wenn das Wasserstoffgas durch eines der Verfahren, das in den Fig. 6(b) bis 6(d) dargestellt ist, eingeblasen wird, war die Menge an Wasserstoff, die gelöst wurde, sehr klein, und zwar aufgrund der Tatsache, daß der Partialdruck des Wasserstoffs an dem Gas-Flüssigkeits-Übergang sehr niedrig war, und zwar verglichen mit dem Fall, wo Wasserstoff in den geschmolzenen Stahl über die Blasdüsen 9 injiziert wurde, die in der Vakuumkammer in Fig. 6(a) vorgesehen sind, oder über die Rezirkulationsgas-Blasdüsen 8 oder die Injektionslanze 11 alleine. Tatsächlich zeigte das Experiment, das durch die vorliegenden Erfinder durchgeführt wurde, nur einen kleinen Anstieg des Wasserstoffgehalts in dem geschmolzenen Stahl, z.B. bis zu 2 ppm oder dergleichen.
Aus dieser Tatsache wird verständlich, daß der Effekt, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie dies in den Fig. 6(b) bis (d) dargestellt ist, bei der Verbesserung der Entkohlungsrate hervorgerufen wird, einem Mechanismus zugeordnet werden kann, der grundsätzlich von dem Mechanismus unterschiedlich ist, der in dem japanischen, offengelegten Patent Nr. 57-194206 offenbart ist, bei dem die Entkohlungsreaktion durch eine Erhöhung in dem Bereich der Reaktionsstelle über eine starke Erzeugung von Blasen gefördert wird, die durch eine Auflösung einer großen Menge an Wasserstoff in dem geschmolzenen Stahl bewirkt wird.
Der Mechanismus, der die Verbesserung in der Entkohlungsrate gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert, ist bis jetzt theoretisch noch nicht geklärt worden. Es wird allerdings davon ausgegangen, daß die Verbesserung in der Entkohlungsrate, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung geliefert wird, einer deutlichen Erhöhung in dem Koeffizienten einer Bewegung einer Substanz in der flüssigen Phase aufgrund eines Marangoni-Effekts zuzuordnen ist, der durch einen Gradienten der Oberflächenspannung verursacht wird, die durch einen erhöhten Sauerstoffkonzentrationsgradienten an der Oberfläche des geschmolzenen Stahls als Folge eines Einblasens von Wasserstoff erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Einführung von Wasserstoff in geschmolzenen Stahl durch Einspritzen oder Einblasen, und zwar durch eine Einspritz- oder Blaseinrichtung, wie sie zuvor beschrieben ist, eines geeigneten Mediums, das Wasserstoff enthält und das ermöglicht, daß Wasserstoff in den geschmolzenen Stahl über eine Dissoziation, z.B. ein Wasserstoff enthaltendes Gas, Wasser, Dampf oder dergleichen, vorhanden ist, bewirkt werden.
(4) Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Entkohlung von geschmolzenem Stahl zu einem niedrigen Kohlenstoffgehalt hin durchgeführt werden, der niemals durch herkömmliche Verfahren erreicht werden könnte, und zwar indem eine Vakuumentkohlung unter Verwendung einer RH-Vakuumentgasungseinrichtung unter Bedingungen durchgeführt wird, die die vorstehend beschriebenen drei Haupt-Merkmale erfüllen, wie dies anhand der Beschreibung von Beispielen, die nachfolgend vorgenommen wird, verstanden werden wird.
Um einen weiter reduzierten Kohlenstoffgehalt zu erzielen, ebenso wie weiterhin die Entkohlungsrate zu erhöhen, ist es bevorzugt, daß ein Wasserstoff enthaltendes Gas von ein Rezirkulationsgas einblasenden Blasdüsen 8 eingeführt wird, die an der Wand eines Rezirkulationsrohrs 4 vorgesehen sind, wie dies in den Fig. 6(a) bis (f) dargestellt ist. Eine solche Einführung von Wasserstoff erhöht den Wasserstoffgehalt [H] in dem geschmolzenen Stahl und verstärkt die Rate eines Entkohlung in der Vakuumkammer.
Damit die Entkohlungseffektivität weiterhin in einem Bereich mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt verbessert wird, wo der Kohlenstoffgehalt [C] 25 ppm oder darunter beträgt, ist es bevorzugt, daß ein Wasserstoff enthaltendes Gas in den geschmolzenen Stahl 7 in einer Gießpfanne direkt sowohl über eine Einspritzlanze 11, die in den geschmolzenen Stahl 7 eingetaucht ist, als auch durch die Rezirkulationsgas-Blasdüse 8 eingespritzt wird.
Ein Einspritzen des Wasserstoff enthaltenden Gases, das durch sowohl die Einspritzlanze 11 als auch durch die Blasdüse 8 durchgeführt wird, wird der Wasserstoffgehalt [H] in dem geschmolzenen Stahl von 5 auf 7 ppm erhöht mit der Folge, daß die Entkohlungsraten-Konstante Kc deutlich verbessert wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Reduktion der Entkohlungsrate in dem Bereich des Kohlenstoffgehalts [C], der 25 ppm oder geringer ist, kann deshalb verglichen mit dem Fall, wo die gleichzeitige Einführung über die Einspritzlanze 11 und die Rezirkulationsgas-Blasdüse 8 nicht durchgeführt wird, unterdrückt werden.
Ein ähnlicher Effekt kann durch Vornehmen eines Einblasens von Wasserstoff enthaltendem Gas über die Wasserstoff-Blasdüsen 9 oder über die Oberseiten-Blaslanze 10, und zwar zusätzlich zu der Einführung über die Einspritzlanze 11 und die Rezirkulations-Gasblasdüse 8, erzielt werden, wie dies in Fig. 6(e) dargestellt ist.
Die Einspritzung von Wasserstoff enthaltendem Gas in den geschmolzenen Stahl in die Gießpfanne wird bevorzugt derart durchgeführt, daß der Gasauslaß der Einspritzlanze 11 direkt unterhalb des Rezirkulationsrohrs einer RH-Entgasungseinrichtung positioniert ist, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Eine solche Anordnung stellt sicher, daß Wasserstoff ohne ein Fehlschlagen in das Gasrezirkulationsrohr 4 so eingeführt wird, daß dem Wasserstoffgas nicht ermöglicht wird, von der Oberfläche des geschmolzenen Stahls zu entweichen und wobei ein Verbrennen des Wasserstoffs auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls in der Gießpfanne nicht auftritt.
(5) Das Entkohlungsverfahren wird vorzugsweise in 20 Minuten oder dergleichen abgeschlossen, und zwar unter Berücksichtigung eines kontinuierlichen Gießverfahrens, das dem Entkohlungsprozeß folgt. Hierbei ist es notwendig, daß die Größe der Einführung von Wasserstoff gemäß dem Verfahren der Erfindung auf der Basis des Endkohlenstoffgehalts, der erhalten werden soll, und des Kohlenstoffgehalts, der zum Zeitpunkt des Beginns der Einführung von Wasserstoff erhalten wird, bestimmt wird.
Fig. 4 stellt die Ergebnisse eines Experiments dar, bei dem eine Entkohlung über eine Periode von 8 Minuten durchgeführt wurde, während der Kohlenstoffgehalt [C] zu dem Zeitpunkt des Beginns der Einführung von Wasserstoff variiert ist, sowohl über eine Rezirkulationsgas-Blasdüse 8 als auch eine Injektionslanze 11, wie dies in Fig. 6(e) dargestellt ist, wobei der Bereich des anfänglichen Kohlenstoffgehalts [C] geringer als 25 ppm ist. Im dem Fall, wo der angestrebte Kohlenstoffgehalt [C] geringer als 10 ppm ist, wird der Wasserstoffgehalt [H], bei dem der Wasserstoffgehalt bei [C] = 25 ppm stabil wurde, im wesentlichen mit [H] ≥ 3,8 ppm bestimmt. In dem Fall, wo der angestrebte Kohlenstoffgehalt [C] geringer als 6 ppm ist, wird der Wasserstoffgehalt [H], bei dem der Kohlenstoffgehalt [C] bei 25 ppm erhalten wird, im wesentlichen mit [H] ≥ 5,9 ppm bestimmt.
Aus den Ergebnissen dieses Experiments wird verständlich, daß der Wasserstoffgehalt [H] in dem Bereich von [C] < 25 ppm die Bedingung erfüllt, die durch die nachfolgende Formell (1) ausgedrückt wird, um einen ultraniedrigen Kohlenstoffstahl herzustellen, der einen Kohlenstoffgehalt [C] geringer als 10 ppm besitzt, und zwar ohne Störung des darauffolgenden, kontinuierlichen Gießprozesses.
[H] > (8 - O,5[C]f) + ([C]i - [C]f)/20 ....... (1)
wobei [C]f den Endkohlenstoffgehalt [C] (ppm) darstellt, der an dem Ende der Endkohlung bzw. dem Dekarbonisieren erhalten wird, während [C]i den Kohlenstoffgehalt [C] (ppm) darstellt, wie er erhalten wird, wenn der Wasserstoffgehalt stabil wird. Wenn der Wasserstoffgehalt in einem Bereich von [C] > 25 ppm stabil wird, wird der Wert des Endkohlenstoffgehalts [C]f auf 25 (ppm) eingestellt.
Fig. 8 stellt ein herkömmliches Verfahren dar, bei dem Ar-Gas in den geschmolzenen Stahl eingeführt wird.

Beispiel 1 (kein Teil der Erfindung)

Eine Entkohlung wurde unter Verwendung einer RH-Vakuum-Entgasungseinrichtung der Fig. 6(a) durchgeführt, die eine Kapazität von 250 Tonnen besaß. Vier Wasserstoffgas-Blasdüsen 9, von denen jede einen Durchmesser von 3 mm besaß, wurden mit der Seitenwand 3 der Vakuumkammer 2 unter einem Niveau unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Stahls verbunden. Eine unberuhigte Entkohlung eines geschmolzenen Stahls, der einen Kohlenstoffgehalt [C] von 400 ppm und einen Sauerstoffgehalt [O] von 450 ppm besaß, wurde gemäß dem RH-Prozeß unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Ausrüstung durchgeführt. Die Rate der Einführung des Gases über die Rezirkulationsgas-Blasdüse 8 wurde auf 3 Nm³/min in einem Bereich mit hohem Kohlenstoff eingestellt. In einem ersten Fall wurde eine Entkohlung durch ein gewöhnliches Verfahren und eine Einführung von Wasserstoffgas und Ar-Gas unter Raten von 3 Nm³/min und 0,5 Nm³/min jeweils über die Wasserstoff-Blasdüsen 9 begonnen, die an der Seitenwand 3 der Vakuumkammer 2 vorgesehen waren, wenn der Kohlenstoffgehalt [C] in dem geschmolzenen Stahl, wie er auf der Basis von Raten der Erzeugung CO und CO&sub2; in dem Abgas gemessen war, 50 ppm gewesen war. In einem zweiten Fall wurden Wasserstoffgas und Ar-Gas unter Raten von 2 Nm³/min und 1,0 Nm³/min jeweils über die Rezirkulationsgas-Blasdüsen 8 des Rezirkulationsrohrs eingeführt und weiterhin wurde Wasserstoff- gas und Ar-Gas unter Raten von 2 Nm³/min und 0,3 Nm³/min über die Wasserstoff-Blasdüsen 9 eingeführt. Während der Entkohlung wurde der Wasserstoffgehalt zwischen 3,5 und 5 ppm beibehalten.
Fig. 5 stellt die Art und Weise dar, in der Kohlenstoffgehalt [C] in Bezug auf die Zeit herabgesetzt wurde. Es wird ersichtlich werden, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Entkohlungsreaktion in dem ultraniedrigen Kohlenstoffbereich verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren, bei dem Wasserstoffgas und Ar-Gas unter Raten von 3 Nm³/min und 0,5 Nm³/min nur über die Rezirkulationsgas-Blasdüsen 8 eingeführt wurde, fördern kann.

Beispiel 2

Die Ausrüstung, die in diesem Beispiel verwendet wurde, hatte, wie in dem Fall der Anlage, die in Fig. 6(b) dargestellt ist, acht Wasserstoffgas-Blasdüsen 9 mit 4 mm Durchmesser, hergestellt aus rostfreiem Stahl, die mit der Seitenwand 3 der Vakuumkammer 2 unter einem Niveau verbunden wurden, das 1400 mm oberhalb des angenommenen Niveaus der Oberfläche des geschmolzenen Stahls lag, um so Wasserstoff auf die Oberfläche des geschmolzenen Stahls schräg nach unten unter einem Winkel von 45º zu blasen.
In diesem Beispiel wurden 250 Tonnen nicht deoxidierten, geschmolzenen Stahls, der durch einen Konverter vorbereitet wurde, der einen Kohlenstoffgehalt [C] von ungefähr 400 ppm und einen Sauerstoffgehalt [O] von ungefähr 440 ppm besaß, durch die RH-Entgasungseinrichtung dekarbonisiert. Die Entkohlung wurde durch ein herkömmliches Verfahren gestartet, bei dem Ar-Gas über die Rezirkulationsgas-Blasdüsen 8 eingeführt wurde. Nach einem Betrieb von 10 Minuten dieses gewöhnlichen Entkohlungsverfahrens wurde die Einführung begonnen. Zwischenzeitlich wurde die Rate einer Zuführung von Rezirkulations-Ar-Gas konstant bei 2,0 Nm³/min aufrechterhalten. Der Kohlenstoffgehalt [C] zu dem Zeitpunkt 20 Minuten nach dem Start der Entkohlung betrug 30 ppm als Durchschnittswert. In der Periode 10 Minuten nach dem Start der Entkohlung wurde Ar-Gas unter einer Rate von 0,5 Nm³/min von den Wasserstoff-Blasdüsen 9 zugeführt, um ein Verstopfen dieser Düsen 9 zu verhindern.
Nach einem gewöhnlichen Entkohlungsvorgang für 10 Minuten wurde die Einführung von Wasserstoff durch Betätigungsventile begonnen, um so das Wasserstoffgas unter einer Rate von 7,5 Nm³/min einzublasen. Die Entkohlung wurde beendet, nachdem die Einführung von Wasserstoffgas für 10 Minuten fortgeführt war. Der Wasserstoffgehalt [H] bewegte sich zwischen 1 und 2 ppm, wenn die Entkohlung beendet wurde. Nach dem Abschluß der Entkohlung wurde Ar-Gas unter derselben Bedingung wie die Periode vor dem Beginn der Einführung von Wasserstoff zugeführt, gefolgt durch eine Al-Desoxidation.
Der Kohlenstoffgehalt [C] des geschmolzenen Stahls zu dem Zeitpunkt des Abschlusses der Entkohlung betrug 7,7 ppm in Bezug auf einen Durchschnittswert, wodurch demzufolge die Geschwindigkeit der Entkohlung durch das Verfahren der Erfindung an einem ultraniedrigen Kohlenstoffbereich von [C] erreicht wurde, der geringer als 10 ppm war. Die Standardabweichung des Endkohlenstoffgehalts [C] war kleiner als 0,7 ppm.

Beispiel 3

In einem Beispiel 3 wurde Wasserstoffgas zu der Oberfläche des geschmolzenen Stahls hin über eine vertikal bewegbare Oberseiten-Blaslanze 10 in einer Art und Weise, wie dies in Fig. 6(d) dargestellt ist, eingeblasen.
Die Oberseiten-Blaslanze 10 war an der angehobenen Position in der anfänglichen Periode von 2 Minuten nach dem Start der Entkohlung postioniert. Dann wurde die Oberseiten-Blaslanze 10 abgesenkt, um ihren Auslaß auf einem Niveau zu positionieren, das ungefähr 1,8 bis 3,2 m oberhalb des angenommenen Niveaus der Oberfläche des geschmolzenen Stahls lag, und O&sub2;-Gas wurde durch diese Lanze 10 unter einer Rate von 10 bis 20 Nm³/min zum Zwecke der Entkohlung des geschmolzenen Stahls und des Verbrennens von Abgas geblasen. Die Zuführung des Sauerstoffgases wurde für 3 bis 8 Minuten durchgeführt. Zwischenzeitlich wurde Ar-Gas in das Rezirkulationsrohr 4 über die Rezirkulationsgas-Blasdüse 8 eingeführt, um so eine gewöhnliche Entkohlung für 10 Minuten durchzuführen, gefolgt durch die Einführung des Wasserstoffgases.
Während nämlich Wasserstoffgas und Ar-Gas unter Raten von 2 Nm³/min und 1 Nm³/min jeweils eingeblasen wurden, wurde Wasserstoffgas unter einer Rate von 15 Nm³/min von der Oberseiten-Blaslanze 10 aus eingeblasen, die zu der vorstehend erwähnten Position abgesenkt war. Die Entkohlung wurde nach 10 Minuten Blasen des Wasserstoffes von der Oberseiten-Blaslanze 10 aus beendet. Der Wasserstoffgehalt [H] reichte allgemein von 3 bis 3,5 ppm, wenn die Entkohlung beendet wurde. Nach dem Abschluß der Entkohlung wurde eine Al-Desoxidation durchgeführt, während derselbe Gasblaszustand beibehalten wurde, wie derjenige, der in der Periode vor dem Beginn des Einblasens von Wasserstoff verwendet wurde. Der Durchschnittswert des Kohlenstoffgehalts [C] und die Standardabweichung des Kohlenstoffgehalts [C] betrugen jeweils 7,5 ppm und 0,6 ppm, wenn die Entkohlung beendet wurde.

Beispiel 4 (kein Teil der Erfindung)

In einem Beispiel 4 wurde eine gewöhnliche Entkohlung für 8 Minuten durch Einführung von Ar-Gas durch die Rezirkulationsgas-Blasdüsen 8 unter einer Rate von 2,0 Nm³/min durchgeführt. Dann wurde Wasserstoffgas unter einer Rate von 3 Nm³/min über eine eingetauchte Injektionslanze 11 des Typs, der in Fig. 6(e) dargestellt ist, gleichzeitig mit der Einführung von Wasserstoffgas und Ar-Gas unter einer Rate von 0,3 Nm³/min und 1,0 Nm³/min durch die Rezirkulationsgas-Blasdüse 8 durchgeführt. Der Kohlenstoffgehalt [C], unter dem der Wasserstoffgehalt [H] in dem geschmolzenen Stahl stabil wurde, betrug 25 ppm als Mittelwert. Das Einspritzen des Wasserstoffs wurde für 9 Minuten durchgeführt. Der Endkohlenstoffgehalt [C] nach dem Abschluß der Entkohlung betrug 7,8 ppm. Während der Zuführung von Wasserstoff wurde der Wasserstoffgehalt [H] im wesentlichen bei 4,8 ppm beibehalten.
In diesem Beispiel wurde die eingetauchte Injektionslanze 11 so eingestellt, daß deren Auslaß direkt unterhalb des Rezirkulationsrohrs 4 unter einem Niveau positioniert war, das 2,6 m unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Stahls und 0,6 m oberhalb des Gießpfannenbodens, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, lag.
Ein Verbrennen von Wasserstoff auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls, das dann stattfindet, wenn dem Wasserstoff ermöglicht wird, direkt von der Oberfläche des geschmolzenen Stahls zu entweichen, wurde über die Periode des Entkohlungsvorgangs nicht beobachtet.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung verständlich wird, bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.
Zuerst muß hervorgehoben werden, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine schnelle Entkohlung in einem Bereich ermöglicht, wo der Kohlenstoffgehalt extrem niedrig ist. Unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung kann deshalb Stahl mit ultraniedrigem Kohlenstoff, der einen ultraniedrigen Kohlenstoffgehalt geringer als 10 ppm besitzt, stabil in Massenherstellung gefertigt werden. Zusätzlich wird eine Erzeugung von Spritzmetall in der Vakuumkammer vermieden, wodurch demzufolge Probleme, wie beispielsweise ein Niederschlagen von Metall auf der inneren Oberfläche der Wand der Vakuumkammer, vermieden wird. Aus demselben Grund können Probleme, die einen sicheren Betrieb des Produktionssystems, wie beispielsweise eine Beschädigung der Ausrüstung, eine übermäßige Abnutzung der feuerfesten Materialien, usw., beeinflussen würden, durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung vermieden werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines sehr kohlenstoffarmen Stahls über Vakuum-Entkohlen von in einer Gießkanne (6) aufgenommenen geschmolzenen Stahls mittels eines Vakuumentgasers (1), der Rückflußrohre (4) und eine Vakuumkammer (2) aufweist,

bei dem bei einem Kohlenstoffgehalt des geschmolzenen Stahls von 50 ppm oder weniger Wasserstoffgas zusammen mit einem Inertgas durch direktes Einblasen eines Wasserstoff enthaltenden Gases auf den geschmolzenen Stahl in der Vakuumkammer (2) in die Vakuumkammer (2) eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoff enthaltende Gas durch eine in der Seitenwand (3) der Vakuumkammer (2) vorgesehene Blasdüse (9) auf den geschmolzenen Stahl geblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoff enthaltende Gas durch eine in der Vakuumkammer (2) vorgesehene Lanze (10) auf den geschmolzenen Stahl geblasen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Wasserstoff enthaltendes Gas durch eine mit dem Rückflußrohr (4) verbundene Blasdüse (8) in den geschmolzenen Stahl eingeblasen wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Wasserstoff enthaltendes Gas durch eine in den geschmolzenen Stahl eingetauchte Lanze, die in der Gießpfanne (6) aufgenommen ist, in den geschmolzenen Stahl eingeblasen wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffgehalt [H] (ppm) in dem geschmolzenen Stahl beim Entkohlungsvorgang derart eingestellt wird, daß die folgende Bedingung eingehalten wird:

[H] ≥ [8 - 0,5[C]f] + ([C]i - [C]f)/20 (ppm)

dabei entspricht [C]i dem Kohlenstoffgehalt (ppm) des geschmolzenen Stahls, der erreicht wird, wenn der Wasserstoffgehalt [H] in einem Bereich für den Kohlenstoffgehalt [C] von nicht mehr als 25 ppm im wesentlichen konstant geworden ist und [C]f dem am Ende der Entkohlung zu erzielenden Kohlenstoffgehalt (ppm).