METALLURGISCHES GEFÄSS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein metallurgisches Gefäß, insbesondere Konverter für die Behandlung flüssiger Metallschmelzen, bestehend aus einer feuerfesten Ausmauerung und einem diese umgebenden tragenden Metallmantel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Metallurgische Gefäße, wie z. B. Konverter oder Stahlwerkspfannen sind neben der statischen Belastung durch das Gewicht der Ausmauerung sowie der eingefüllten flüssigen Metallschmelze auch einer thermischen Belastung infolge der hohen Temperaturen ausgesetzt. Der tragende Metallmantel dieser Gefäße muss deshalb aus einem Werkstoff gefertigt sein, der eine bestimmte Zeitstandfestigkeit, z. B. für 100 000 h bezogen auf eine vorgegebene Temperatur aufweist. Für die bisher verwendeten Stähle, z. B. WStE. 355 liegt die ertragbare Maximaltemperatur bei 400 ° C. Infolge der Verwendung hochkohlenstoffhaltiger Ausmauerung verbunden mit einem starken Abbrand der Ausmauerung gegen Ende der Reise steigen die Gefäßmanteltemperaturen. Darüber hinaus erfordert die zunehmende sekundärmetallurgische Behandlung, z. B. Vakuumbehandlung, die häufig mit nicht unerheblichen Temperaturverlusten verbunden ist, eine höhere Schmelztemperatur, um diesen Temperaturverlust zu kompensieren. Dies bedingt eine höhere thermische Belastung des Gefäßes, sei es Konverter oder Pfanne, so dass die Forderung nach einer bei höherer Temperatur liegenden ausreichenden Zeitstandfestigkeit zwingend wurde. Angestrebt wird eine ertragbare Temperatur von 500 ° C, vorzugsweise von 550 °C.

[0003] Deshema Monogr., Bd. 76, 1974, Seiten 151-162, B. Müsgen, Hochfeste wasservergütete Feinkornbaustähle mit mindeststreckgrenzen bis 90 kp/mm², Abb. 1, offenbart einen Stahl mit erfindungsgemäßer Zusammensetzung, jedoch ohne Gehalt an Mo; der Stahl ist unter anderen für Reaktionsgefäße der Chemietechnik mit erhöhten Drücken und Temperaturen als geeignet angegeben; er wird vakuumentgast und zu Grobblech ausgewalzt, welches wasservergütet wird. Aus dem Kesselrohrbereich sind im übrigen warmfeste Stähle bekannt, die für einen Temperaturbereich von 500 bzw. 550°C geeignet sind, beispielsweise 15 Mo 3, 13 CrMo 44 oder 10 CrMo 9.10. Alle diese Stähle haben aber den großen Nachteil, dass nach dem Schweißen das Bauteil bei einer Temperatur um 700 ° C spannungsarm geglüht werden muss. Das erfordert große Öfen und einen entsprechenden Energieaufwand, sowie das dazu erforderliche Handling. Insbesondere bei Reparaturen an den Gefäßen tritt der genannte Nachteil besonders hervor. Reparaturen sind dann notwendig, wenn wegen zu großen Ausmauerungsabbrandes die flüssige Metallschmelze den Gefäßmantel aufgeschmolzen und teilweise zerstört hat.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein metallurgisches Gefäß der gattungsmäßigen Art anzugeben, dessen tragender Metallmantel eine ausreichende Zeitstandfestigkeit bis zu max. 550 ° C aufweist und bei dem nach dem Schweißen keine Spannungsarmglühung erforderlich ist.

[0005] Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gefäßes sind Bestandteil von Unteransprüchen.

[0006] Bei der systematischen Suche nach einem geeigneten Stahl für den Metallmantel wurde festgestellt, dass ein an sich bekannter hochfester wasservergüteter Feinkornbaustahl für diesen Verwendungszweck gut geeignet ist. Üblicherweise wird dieser Feinkornbaustahl mit einer Streckgrenze von min.
890 N/mm ² im Fahrzeugbau, bei Hebevorrichtungen, Bergbaugeräten und Gebläselaufrädern eingesetzt. Dabei ist die hohe Streckgrenze im Bezug auf möglichst geringe Wanddicken und eine ausreichende Tieftemperatur von besonderer Bedeutung (siehe Firmenprospekt Thyssen Stahl AG XAB090 / XAB0960 Hochfeste vergütete Feinkornbaustähle 1993).

[0007] Zahlreiche Versuche mit diesem Feinkornbaustahl haben nun ergeben, dass durch eine Modifikation der Analyse sowie durch eine gezielte Anlassbehandlung beim Vergüten Warmfestigkeiten erreichbar sind, die den Einsatz für metallurgische Gefäße interessant machen. Die niedriger als 890 N/mm ² liegende Streckgrenze wird dabei in Kauf genommen, da diese nicht das entscheidende Kriterium ist. Trotzdem ermöglicht die weiterhin hohe Streckgrenze von min. 650 N/mm ² eine gewisse Reduktion der Wanddicke, was für die Gesamtkonstruktion von Vorteil ist. Der entscheidende Vorteil ist aber, dass nach dem Schweißen keine . Spannungsarmglühung erforderlich ist. Dadurch wird zum einen Energie eingespart und das Herstellverfahren vereinfacht. Der angehobene Nickelgehalt in der Analyse ermöglicht eine Durchvergütung auch von Blechdicken bis zu 100 mm. Solche Wanddicken sind bei dem vorgesehenen Verwendungszweck teilweise erforderlich. Üblicherweise ist der bekannte Feinkornbaustahl für Blechdicken bis zu max. 50 mm ausgelegt.

[0008] Anhand eines Ausführungsbeispieles wird das erfindungsgemäß ausgebildete metallurgische Gefäß anhand des Herstellverfahrens näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Konverter

Figur 2

eine Außenansicht von Figur 1

[0009] Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäß hergestellten Konverter 1. Dieser weist einen aus mehreren Schüssen 6, 7 und Kümpelteilen 8 zusammengesetzten Metallmantel 2, einen am Boden angeordneten Fußring 3 und einen am oberen Rand angeordneten Mündungsring 4 auf. Innerhalb des Metallmantels 2 ist Feuerfestmaterial 5 angeordnet, dessen Dicke mit der Reisezeit des Konverters 1 infolge Abbrennens und Auswaschens abnimmt. Die abnehmende isolierende Dicke des Feuerfestmaterials führt zu höheren Temperaturen im Metallmantel, die auf Dauer ertragen werden müssen.

[0010] Figur 2 zeigt eine Außenansicht des in Figur 1 dargestellten Konverters 1. In dieser Darstellung kann man gut die einzelnen Schüsse 6.1 - 6.3; 7.1 - 7.3 und Kümpelteile 8.1 - 8.3 mit den sie verbindenden Schweißnähten 9 - 13 erkennen. Am Beispiel eines Schusses 6.2 wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren mit den wesentlichen Arbeitsschritten erläutert. Eine Stahlschmelze wird vor dem Abgießen kalzium- und vakuumbehandelt und weist danach folgende IST-Analyse in Gewichtsprozent auf.
C 0,17, Cr 0,70, Mo 0,52, Ni 1,90, V 0,093, Mn 0,92, P 0,012, S 0,002, Al 0,020, Si 0,25, Cu 0,13, N 0,009, Ca 0,002, Rest Eisen und herstellbedingte Verunreinigungen.

[0011] Diese Stahlschmelze wird im Stranggießverfahren zu einer Bramme mit einer Dicke von 260 mm und einer Breite von 2300 mm vergossen. Nach dem Abkühlen und Wiedererwärmen der Bramme in einem Stoßofen auf eine Temperatur von ca. 1250 °C wird in einem Warmwalzwerk in mehreren Stichen aus der Bramme ein Blech mit einer Dicke von 80 mm und einer Breite von 2900 mm und einer Länge von 6000 mm ausgewalzt. Die Einzelformänderung ε _h in den einzelnen Stichen ist dabei größer als 0,1. Das so hergestellte Grobblech wird einer Vergütung unterzogen, bestehend aus einer Erwärmung auf Austenittemperatur von 920 °C mit nachfolgender Wasserabschreckung. Je nach Anforderung an die Feinkörnigkeit kann diese Wärmebehandlung wiederholt werden. Abschließend erfolgt ein Anlassen bei 700 °C mit nachfolgender Abkühlung an Luft. Nach dem Vergüten werden die Grobbleche auf die erforderlichen Biegemaße beschnitten. Danach erfolgt ein Biegen zu Schalen bei Raumtemperatur oder falls der Walzdruck nicht ausreicht, bei einer Erwärmung auf bis zu 650 °C, Die gebogenen Schalen werden auf Soll-Maß geschnitten und die Schweißkanten angearbeitet. Bei der Vormontage werden mehrere Schalen zusammengestellt, vermessen und geheftet. Anschließend erfolgt das Verschweißen in transportfähige Einheiten. Auf der Baustelle werden die einzelnen Schüsse bzw. Kümpelteile zusammengesetzt und beispielsweise zu einem Konverter zusammengeschweißt. Die ansonsten erforderliche Spannungsarmglühung nach dem Schweißen kann erfindungsgemäß entfallen.

Ansprüche

1. Metallurgisches Gefäß, insbesondere Konverter für die Behandlung flüssiger Metallschmelzen, insbesondere Stahl, bestehend aus einer feuerfesten Ausmauerung und einem diese umgebenden tragenden Metallmantel, der aus miteinander verschweißten Kümpelteilen und Schüssen aus warmfestem Stahl zusammengesetzt ist mit Blechdicken bis zu 100 mm,
dadurch gekennzeichnet,
dass als warmfester Stahl ein hochfester wasservergüteter Feinkornbaustahl eingesetzt wird mit einer Analyse in Gewichtsprozent

C 0,14-0,22

Cr 0,4-1,0

Mo 0,3 - 0,8

Ni 1,5 - 3,0

V 0,05 - 0,12

Mn 0,7 - 1,3

P _max 0,015

S _max 0,003

Al 0,015 - 0,065

Si 0,20-0,60

CU _max 0,15

N _max 0,012

Ca _max 0,004

   Rest Eisen und herstellbedingte Verunreinigungen.

2. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zeitstandfestigkeit für 10 000 h bei 500 ° C 220 N/mm ² und für 550 ° C 130 N/mm ² beträgt.

3. Verfahren zur Herstellung eines metallurgischen Gefäßes nach Anspruch 1 mit den Verfahrensschritten

- Erschmeizen eines beruhigten Stahles nach dem Sauerstoffblasverfahren mit einer Analyse entsprechend Anspruch 1

- Stranggießen einer Bramme

- Erwärmen der Bramme

- Auswalzen zu Grobblech

- Vergüten des Grobbleches

- Ausbrennen von Blechteilen

- Biegen zu Schüssen und / oder Pressen zu Kümpelteilen

- Schweißen der Schüsse bzw. Kümpelteile zu einem Metallmantel

- Anbringen der feuerfesten Ausmauerung

wobei vor dem Abgießen der Stahl über Einblasen einer Calciumlegierung in das Stahlbad kalziumbehandelt und anschließend vakuumbehandelt wird und das Warmwalzen mit mehreren Umformstichen, die eine Einzelformänderung von
ε _h > 0,1 haben, in Verbindung mit einem Vergüten durchgeführt wird, und wobei nach dem Verschweißen der aus dem Grobblech hergestellten Schüsse bzw. Kümpelteile ein Spannungsarmglühen entfällt.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vergüten eine Wasserabschreckung aus dem Austenitgebiet mit einem abschließenden Anlassen beinhaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vergüten eine zweifache Erwärmung auf Austenittemperatur mit jeweiligem Wasserabschrecken und einem abschließenden Anlassen beinhaltet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anlasstemperatur im Bereich zwischen 690 - 720 ° C liegt.

Claims

1. A metallurgical vessel, in particular a converter for the treatment of liquid metal melts, in particular steel, consisting of a refractory brick lining and a supporting metal jacket surrounding it, which is composed of welded-together dished elements and lengths of heat-resistant steel, with sheet thicknesses of up to 100 mm,
characterised in that
a high strength, water-quenched and tempered finegrained structural steel is used as the heat-resistant steel, with an analysis in percentages by weight of:

C 0.14 - 0.22

Cr 0.4 - 1.0

Mo 0.3 - 0.8

Ni 1.5 - 3.0

V 0.05 - 0.12

Mn 0.7 - 1.3

P_max 0.015

S_max 0.003

Al 0.015 - 0.065

Si 0.20 - 0.60

Cu_max 0.15

N_max 0.012

Ca_max 0.004

   the rest being iron and production impurities.

2. A metallurgical vessel according to claim 1,
characterised in that
the creep strength for 10 000 hrs is 220 N/mm² at 500 °C and 130 N/mm² at 550 °C.

3. A method of producing a metallurgical vessel according to claim 1, having the method steps

- melting by the LD process of a killed steel with an analysis as in claim 1

- continuous casting of a slab

- heating of the slab

- rolling out into thick plate

- quenching and tempering of the thick plate

- erosion by heat of plate elements

- bending into lengths and/or pressing into dished elements

- welding of the lengths or dished elements to form a metal jacket

- attaching of refractory brick lining

wherein, prior to casting, the steel is calcium-treated by injection of a calcium alloy into the steel bath and then vacuum-treated and hot-rolling is performed in a plurality of shaping passes, which individually produce a change in shape of
ε_h > 0.1, in conjunction with quenching and tempering, and wherein stress-relief annealing is omitted after welding of the lengths or dished elements produced from the thick plate.

4. A method according to claim 3,
characterised in that
quenching and tempering comprises water quenching from the austenitic zone with final annealing.

5. A method according to claim 3,
characterised in that
quenching and tempering comprises two-fold heating to the austenitic temperature with respective water quenching and final annealing.

6. A method according to claim 4 and claim 5,
characterised in that
the annealing temperature lies in the range between 690 and 720 °C.

Revendications

1. Récipient métallurgique, en particulier convertisseur pour le traitement de matières en fusion métalliques liquides, en particulier de l'acier, constitué d'une maçonnerie réfractaire et d'une enveloppe métallique porteuse entourant celle-ci, qui est constituée de viroles et de pièces embouties soudées les unes aux autres en acier résistant à la chaleur ayant des épaisseurs de tôle jusqu'à 100 mm,
caractérisé en ce que, comme acier résistant à la chaleur, on utilise un acier de construction à grains fins, ayant subi une trempe à l'eau et un revenu, à résistance élevée, ayant la composition, en pourcentage pondéral :

C 0,14 - 0,22

Cr 0,4 - 1,0

Mo 0,3 - 0,8

Ni 1,5 - 3,0

V 0,05 - 0,12

Mn 0,7 - 1,3

P_max 0,015

S_max 0,003

Al 0,015 - 0,065

Si 0,20 - 0,60

Cu_max 0,15

N_max 0,012

Ca_max 0,004

le restant étant du fer et des impuretés liées à la fabrication.

2. Récipient métallurgique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la rupture de fluage pour une durée de 10000 h vaut, à 500°C, 220 N/mm² et, à 550°C, 130 N/mm².

3. Procédé pour fabriquer un récipient métallurgique selon la revendication 1, comportant les étapes de procédé

- faire fondre un acier calmé selon le procédé de soufflage d'oxygène ayant une composition selon la revendication 1,

- couler en continu une brame,

- réchauffer la brame,

- laminer en grosse tôle,

- faire subir une trempe et un revenu à la grosse tôle,

- cuire des pièces de tôle,

- cintrer en viroles et/ou presser en pièces embouties,

- souder les viroles et pièces embouties en une enveloppe métallique,

- appliquer la maçonnerie réfractaire,

avant la coulée, l'acier étant traité par du calcium par soufflage d'un composé de calcium dans le bain d'acier et, ensuite, étant traité sous vide, et le laminage à chaud étant effectué en liaison avec une trempe et un revenu en plusieurs étapes de déformation, qui présentent une modification de forme individuelle de ε_h > 0,1, et, après le soudage des pièces embouties ou viroles réalisées à partir de la grosse tôle, un recuit léger de détensionnement ne s'appliquant pas.

4. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce que la trempe et le revenu comportent une trempe à l'eau à partir du domaine austénitique avec un revenu final.

5. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce que la trempe et le revenu comportent un réchauffement double à la température austénitique avec trempe à l'eau respective et un revenu final.

6. Procédé selon les revendications 4 et 5,
caractérisé en ce que la température de revenu se trouve dans la plage entre 690 - 720°C.

Zeichnung