BR112019023181B1 - Método para operar um conversor - Google Patents
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Abstract
Quando o refino por descarburação de ferro fundido é realizado soprando gás oxigênio pelo topo a partir da lança de sopro de topo, a oscilação de ferro fundido, uma explosão de bolha, e respingos devido à explosão de bolha são suprimidos. Um método de refino para um conversor inclui descarburar ferro fundido no conversor com uma lança de sopro de topo tendo bocais de Laval dispostos na extremidade inferior da mesma soprando gás oxigênio na superfície do ferro fundido no conversor através dos bocais de Laval, em que uma ou ambas dentre uma taxa de alimentação de oxigênio a partir da lança de sopro de topo e altura de lança LH são ajustadas de tal modo que um índice de acúmulo de oxigênio S(F) seja 40 ou menos.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um método para operar um conversor soprando gás oxigênio em metal quente através de múltiplos bocais de Laval fornecidos em uma lança de sopro de topo para produzir aço fundido a partir de ferro fundido evitando, ao mesmo tempo, o jorramento do metal quente para fora do conversor. O termo "ferro fundido", usado neste documento, se refere a metal quente ou aço fundido. Quando metal quente e aço fundido forem claramente distinguíveis um do outro, "metal quente" ou "aço fundido" é usado.
[002] Durante refino de descarburação com conversores, a partir do ponto de vista de aperfeiçoamento da produtividade de conversores, as operações são realizadas em grandes quantidades de gás oxigênio fornecidas por unidade de tempo (também denominada uma "taxa de alimentação de oxigênio"). Entretanto, quantidades maiores de gás oxigênio fornecidas por unidade de tempo resultam em aumentos nas quantidades de ferro disperso a partir de conversores para fora na forma, por exemplo, de poeira e aumentos nas quantidades de ferro que aderem e que são depositadas em paredes de conversores e próximo às gargantas de conversores. Essas perdas de ferro serão eventualmente recuperadas e usadas novamente como fontes de ferro. Entretanto, um aumento nessa quantidade leva a um aumento no custo necessário para recuperar a poeira e remover ferro que se adere próximo à garganta do conversor e leva a diminuições nas taxas operacionais de conversores. Assim, isso é uma das questões importantes a serem solucionadas.
[003] Em relação à geração e supressão de poeira durante refino de descarburação em conversores, muitos estudos foram conduzidos no passado. Como resultado, sabe-se que o mecanismo de geração de poeira é grosseiramente classificado nos dois mecanismos a seguir e que a quantidade de poeira gerada e a razão de poeira gerada por cada mecanismo de geração mudam com o progresso de sopro.
[004] [1] A poeira é gerada por uma explosão de bolha (por exemplo, respingos (dispersão de metal) ou dispersão de ferro granular devido a bolhas separadas de metal fundido).
[005] [2] A poeira é gerada por fumos (evaporação de átomos de ferro).
[006] Sabe-se que uma taxa de reação de descarburação no uso de oxigênio soprado pelo topo a partir de uma lança de sopro de topo é limitada por fornecimento de oxigênio no período até que uma concentração de carbono no ferro fundido alcance uma concentração de carbono crítica e é limitada pelo movimento (difusão) de carbono no ferro fundido em uma concentração de carbono de menos do que a concentração de carbono crítica. A Literatura Não Patentária 1 estabelece que a taxa de descarburação com base em análise contínua de gás de escapamento não é constante, mas varia até mesmo durante o período de limitação de taxa governado por fornecimento de oxigênio. A observação direta da superfície de metal quente em um pequeno forno de fusão durante refino de descarburação mostrou que as variações na taxa de descarburação durante o período de limitação de taxa governado por fornecimento de oxigênio geram grandes bolhas a partir da superfície do metal quente. Desse modo, acredita-se que as variações na taxa de descarburação sejam causadas pela expansão de uma área de reação devido à transição de uma reação de superfície para uma reação em um banho.
[007] A reação de descarburação com o uso de oxigênio soprado pelo topo é conhecida por proceder essencialmente na interface de colisão entre um jato de oxigênio e ferro fundido, isto é, uma "cavidade" denominada "zona superaquecida". A Literatura Não Patentária 2 estabelece que, conforme representado pela Fórmula (4), uma área interfacial equivalente A* que considera a influência de gotas geradas na superfície de metal quente além da área de superfície Ap da cavidade geométrica seja definida como a área da zona superaquecida e que, conforme representado pela Fórmula (5), a eficiência de oxigênio para descarburação diminua com carga de oxigênio crescente Fg, que é a razão entre a taxa de fluxo de oxigênio soprado pelo topo FO2 e a área interfacial equivalente A*.
[008] [Fórmula matemática 1]
[009] Na Fórmula (4), dc é o diâmetro de garganta de um bocal de Laval, I é o momento de um jato de oxigênio soprado pelo topo, k é o fator de correção do momento I, e o é a tensão de superfície de ferro fundido.
[0010] Em um vaso de reação de refino, tal como um conversor, o ferro fundido no vaso de reação oscila através de fornecimento de gás soprado pelo topo ou fundo para refino e mistura e a geração de gás CO devido à reação de descarburação. Quando a frequência de oscilação e a frequência natural determinadas pelo formato do vaso de reação coincidem, isto é, quando as mesmas são ressonadas, a amplitude da oscilação é maximizada. Tal fenômeno é denominado "sloshing". Quando sloshing ocorre, a quantidade de ferro que adere e que é depositada na lança de sopro de topo e na parede de vaso e próximo à garganta do vaso aumenta.
[0011] A Literatura Não Patentária 3 descreve sloshing e estabelece que a frequência natural fcalc de um vaso cilíndrico possa ser determinada, analiticamente, e possa ser calculada a partir da Fórmula (6) descrita abaixo com o uso do diâmetro interno D do vaso cilíndrico e da profundidade H de metal quente. Na Fórmula (6), g é aceleração gravitacional, e k é uma constante (= 1,84).
[0012] [Fórmula matemática 2]
[0013] A Literatura Não Patentária 4 estabelece que a vibração de um conversor durante refino por descarburação seja, de fato, medida e que a frequência de oscilação de ferro fundido em um conversor em escala comercial seja de cerca de 0,3 a cerca de 0,4 Hz. Esse valor medido corresponde, substancialmente, à frequência natural do conversor calculada a partir da equação (6).
[0014] Isso indica que o fenômeno de sloshing também pode ocorrer em um conversor em escala comercial. Quando o fenômeno de sloshing ocorre, extravasamento (lançamentos de escória) ocorre facilmente, aumentando, desse modo, a quantidade de ferro que adere e que é depositada na lança de sopro de topo e na parede de conversor e próximo à garganta do conversor.
[0015] A Literatura Patentária 1 descreve, com o propósito de suprimir ocorrências de respingos e extravasamento, um processo de refino para suprimir as ocorrências de respingos e extravasamento em uma operação de conversor em que a quantidade de oxigênio fornecida por unidade de tempo é aumentada, o processo inclui calcular uma concentração de oxigênio residual no conversor com base na quantidade de gás oxigênio fornecida ao conversor, a taxa de fluxo de um gás de escapamento a partir do conversor, a composição do gás de escapamento, componentes de metal quente e as quantidades de matérias- primas auxiliares; e ajustar pelo menos uma dentre a quantidade de gás oxigênio fornecida, a altura da lance e a taxa de fluxo de um gás soprado pelo fundo em conformidade com a concentração de oxigênio residual calculada no conversor.
[0016] LISTA DE CITAÇÃO Literatura Patentária PTL 1: Publicação de Pedido de Patente Não Examinado no JP2013-108153 Literatura Não Patentária NPL 1: Seisan Kenkyu (Production Research), vol. 22(1970), No. 11, pág. 488 NPL 2: Tetsu-to-Hagane (Iron and Steel), vol. 57(1971), No. 12, pág. 1.764 NPL 3: Seisan Kenkyu (Production Research), vol. 26(1974), No. 3, pág. 119 NPL 4: Kawasaki Steel Technical Report, vol. 19(1987), No. 1, pág. 1
[0017] No processo de refino descrito na Literatura Patentária 1, sinais de extravasamento (lançamentos de escória) são monitorados e, então, a ação é realizada. Embora o extravasamento possa ser detectado, uma explosão de bolha e respingos (dispersão de metal) devido à explosão de bolha não pode ser suprimida.
[0018] A presente invenção foi produzida à luz das circunstâncias antecedentes. O objetivo da presente invenção é fornecer um método para operar um conversor quando refino por descarburação de ferro fundido é realizado soprando gás oxigênio a partir de uma lança de sopro de topo, o método suprime a oscilação de ferro fundido, uma explosão de bolha e respingos devido à explosão de bolha, e uma diminuição na produção de ferro.
[0019] A presente invenção, visando solucionar os problemas antecedentes, é caracterizada pelo seguinte: [1] Um método para operar um conversor inclui um método de refino que inclui descarburar ferro fundido em um conversor com uma lança de sopro de topo que tem um ou mais bocais de Laval dispostos na extremidade inferior da mesma soprando gás oxigênio na superfície do ferro fundido no conversor através do um ou mais bocais de Laval, em que uma taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida (Nm3/(m2 x s)) é determinada pela Fórmula (1) descrita abaixo, um índice de acúmulo de oxigênio S(F), no conversor, é determinado a partir da taxa de fluxo de gás oxigênio F e da Fórmula (2) descrita abaixo, e uma ou ambas dentre uma taxa de alimentação de oxigênio Qg a partir da lança de sopro pelo topo e altura de lança LH são ajustadas de tal modo que o índice de acúmulo de oxigênio S(F) satisfaça a Fórmula (3) descrita abaixo,
[0020] [Fórmula matemática 3]
em que na Fórmula (1), n é o número (-) dos bocais de Laval dispostos na extremidade inferior da lança de sopro de topo, dc é o diâmetro de garganta (mm) de cada um dentre o um ou mais bocais de Laval, Qg é a taxa de alimentação de oxigênio (Nm3/s) a partir da lança de sopro de topo, P0 é a pressão de fornecimento (Pa) do gás oxigênio para o um ou mais bocais de Laval, vgc é uma velocidade de fluxo de gás oxigênio calculada a partir da altura de lança LH (m) em uma superfície de colisão de uma superfície de ferro fundido e é a velocidade de fluxo de gás oxigênio (m/s) ao longo do eixo central de cada um dentre o um ou mais bocais de Laval, r é o raio (mm) de uma cavidade formada pela colisão do gás oxigênio com a superfície de ferro fundido, e L é a profundidade (mm) da cavidade, e em que na Fórmula (2), α é uma constante ((m2 x s)/Nm3), Fo é uma constante (Nm3/(m2 x s)), e Δt é um intervalo de tempo de coleta de dados (s).
[0021] [2] No método para operar um conversor descrito em [1], o valor real do índice de acúmulo de oxigênio S(F) calculado a partir da Fórmula (2) e a quantidade de oxigênio não identificado são monitorados durante o sopro para determinar a constante α, sendo que a quantidade de oxigênio não identificado sendo definida pela diferença entre a quantidade de entrada de oxigênio e a quantidade de saída de oxigênio, a quantidade de entrada de oxigênio sendo definida pelo total da quantidade do gás oxigênio fornecida a partir da lança de sopro de topo e da quantidade de oxigênio em uma matéria-prima auxiliar carregada no conversor, a quantidade de saída de oxigênio é definida pelo total de quantidades de oxigênio presentes como gás CO, gás CO2 e gás oxigênio em um gás de escapamento a partir do conversor e da quantidade de oxigênio consumida por uma reação de dessilicatização e presente como SiO2 no conversor.
[0022] De acordo com a presente invenção, por conta do índice de acúmulo de oxigênio S(F) definido pela Fórmula (2) como uma função da taxa de alimentação de oxigênio Qg a partir da lança de sopro de topo e da altura de lança LH é controlado dentro de uma faixa predeterminada, é possível suprimir a oscilação de ferro fundido no conversor e reduzir a quantidade de ferro que adere e que é depositada na lança de sopro de topo e na parede do conversor e próximo à garganta do conversor.
[0023] A Figura 1 é um gráfico que ilustra a relação entre a eficiência média de oxigênio ^ para descarburação e a taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida calculada a partir da Fórmula (1).
[0024] A Figura 2 é um gráfico que ilustra a relação entre o índice W de metal derramado para fora de um conversor e o valor máximo S(F)máx de um índice de acúmulo de oxigênio S(F) em um conversor calculado a partir da Fórmula (2).
[0025] A Figura 3 é um gráfico que ilustra a relação entre a aceleração máxima amáx de vibração de vaso e o valor máximo S(F)máx do índice de acúmulo de oxigênio S(F) calculado a partir da Fórmula (2).
[0026] A presente invenção será descrita abaixo por meio do uso de modalidades da invenção. Primeiramente, as circunstâncias que levam à conclusão da presente invenção serão descritas.
[0027] Os inventores conduziram estudos sobre a influência da altura de lança LH de uma lança de sopro de topo na quantidade de metal que adere à parede de um conversor e na lança de sopro de topo quando metal quente é submetido ao refino por descarburação com o conversor com capacidade de 300 toneladas soprando gás oxigênio pelo topo (gás oxigênio industrial puro) no metal quente no conversor, sendo que o conversor é configurado para possibilitar que o gás oxigênio seja soprado a partir da lança de sopro de topo e configurado para possibilitar que um gás de agitação seja simultaneamente soprado através de uma tubeira de sopro de fundo na seção de fundo do conversor. Gás argônio foi usado como o gás de agitação soprado pelo fundo. A "altura de lança LH" se refere a uma distância (m) a partir da ponta da lança de sopro de topo até a superfície do metal quente quando o metal quente no conversor estiver em um estado estático.
[0028] Em um experimento, três tipos de lanças de sopro de topo (lanças de sopro de topo A, B e C) foram usados conforme apresentado na Tabela 1. A taxa de alimentação de oxigênio (a taxa de fluxo de oxigênio fornecida) de cada uma dentre as lanças de sopro de topo foi modificada na faixa de 750 a 1.000 Nm3/min. A altura de lança LH foi modificada na faixa de 2,2 a 2,8 m. O metal que adere à garganta e à tampa do conversor durante sopro e, então, derramado para fora do conversor foi recuperado após o sopro e pesado para verificar a influência da altura de lança LH e condições de sopro na quantidade de metal aderente. [Tabela 1]
[0029] Em um teste, um acelerômetro foi anexado ao eixo de inclinação do conversor, e a aceleração na direção de eixo de inclinação foi medida durante o sopro. O sinal de aceleração obtido foi colocado em um analisador, registrado e submetido à transformada rápida de Fourier para realizar análise de frequência de vibração de vaso.
[0030] No teste, o fornecimento de gás oxigênio a partir de cada lança de sopro de topo foi iniciado quando a concentração de carbono no metal quente era de 4,0% em massa, e o fornecimento de gás oxigênio foi interrompido quando a concentração de carbono no aço fundido era de 0,05% em massa.
[0031] No refino por descarburação de metal quente soprando gás oxigênio pelo topo, uma taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida (Nm3/(m2 x s)) é representada pela Fórmula (1) abaixo. A taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida é a média das taxas de fluxo de gás oxigênio de colisão por unidade de área em múltiplas zonas superaquecidas, que são porções da superfície de metal quente que colidem com gás oxigênio soprado pelo topo no conversor, durante um período do refino por descarburação.
[0032] [Fórmula matemática 4]
[0033] Na Fórmula (1), n é o número (-) dos bocais de Laval dispostos na extremidade inferior da lança de sopro de topo. dc é o diâmetro de garganta (mm) de cada um dos bocais de Laval. Qg é a taxa de alimentação de oxigênio (Nm3/s) a partir da lança de sopro de topo. P0 é a pressão de fornecimento (Pa) do gás oxigênio para os bocais de Laval da lança de sopro de topo.
[0034] vgc é uma velocidade de fluxo de gás oxigênio calculada a partir da altura de lança LH (m) em uma superfície de colisão de uma superfície de metal quente e é a velocidade de fluxo de gás oxigênio (m/s) ao longo do eixo central de cada um dentre os bocais de Laval. r é o raio (mm) de uma cavidade formada pela colisão do gás oxigênio com a superfície de metal quente. L é a profundidade (mm) da cavidade.
[0035] Os métodos para calcular a velocidade de fluxo de gás oxigênio vgc (m/s), o diâmetro r (mm) da cavidade e a profundidade L (mm) da cavidade serão descritos abaixo.
[0036] Supondo que um fluxo de gás no bocal de Laval seja mudança adiabática, a velocidade de fluxo de descarga vg0 (m/s) de um gás ejetado do bocal de Laval é representada pela Fórmula (7). Na Fórmula (7), g é a aceleração gravitacional (m/s2). pc é uma pressão (pressão estática) (Pa) na garganta do bocal de Laval. pe é uma pressão (pressão estática) (Pa) na saída de bocal do bocal de Laval. vc é um volume específico (m3/kg) na garganta do bocal de Laval. ve é um volume específico (m3/kg) na saída do bocal de Laval. K é um fator de expansão isentrópica.
[0037] [Fórmula matemática 5]
[0038] vgc que é a velocidade de fluxo de gás oxigênio ao longo do eixo central do bocal de Laval após ejeção do bocal de Laval é conhecida por ser determinada como uma função da distância do bocal até a superfície do metal quente. Desse modo, considerando comprimento de região xc (m) denominado um núcleo potencial formado diretamente abaixo da saída do bocal de Laval, a velocidade de fluxo de gás oxigênio vgc é representada pela Fórmula (8) abaixo. Na Fórmula (8), β e y são constantes. Consequentemente, no caso em que Vgo, LH e xc são conhecidos, a velocidade de fluxo de gás oxigênio vgc pode ser calculada com o uso da Fórmula (8) abaixo.
[0039] [Fórmula matemática 6]
[0040] A profundidade L (mm) da cavidade formada na superfície de ferro fundido com a qual o jato colide é representada pela Fórmula (9) abaixo. Na Fórmula (9), ε é uma constante adimensional e é um valor na faixa de 0,5 a 1,0. Nessa modalidade, a profundidade L da cavidade é calculada definindo ε para 1,0.
[0041] [Fórmula matemática 7]
[0042] O diâmetro r (mm) da cavidade formada na superfície de ferro fundido com a qual o jato colide é representado pela Fórmula (10) abaixo. Na Fórmula (10), θs é um ângulo de espalhamento de jato (°).
[0043] [Fórmula matemática 8]
[0044] A Figura 1 é um gráfico que ilustra a relação entre a eficiência média de oxigênio n (%) para descarburação durante sopro quando a descarburação é realizada de tal modo que a concentração de carbono seja modificada de 3% em massa para 1% em massa durante o sopro e a taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida (Nm3/(m2 x s)) calculada a partir da Fórmula (1). A eficiência média de oxigênio q (%) para descarburação foi definida pela Fórmula (11) com o uso de uma taxa de fluxo de gás de escapamento Qoffgas (Nm3/s), uma concentração de CO no gás de escapamento (CCO; % em volume) e uma concentração de CO2 no gás de escapamento (CCO2; % em volume).
[0045] [Fórmula matemática 9]
[0046] Conforme evidente na Figura 1, a eficiência média de oxigênio n (%) para descarburação diminui à medida que a taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida aumenta. Em outras palavras, uma taxa de fluxo de gás oxigênio mais alta F por unidade de área de zona superaquecida resulta em uma quantidade maior de oxigênio acumulado no conversor.
[0047] A Figura 2 é um gráfico que ilustra a relação entre o índice W de metal derramado para fora de um conversor e o valor máximo S(F)máx de um índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor durante sopro. O índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor é definido pela Fórmula (2) abaixo. Na Fórmula (2), F é a taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida calculada a partir da Fórmula (1). α é uma constante ((m2 x s)/Nm3). FO é uma constante (Nm3/(m2 x s)). Nessa modalidade, a constante α é definida para 0,07 (m2 x s)/Nm3, e a constante F0 é definida para 0,60 Nm3/(m2 x s). A constante α é um valor na faixa de 0,05 a 0,10 (m2 x s)/Nm3 em conformidade com a taxa de fluxo de um gás soprado pelo fundo por unidade de massa de aço fundido. Δt é um intervalo de tempo de coleta de dados (s) e é, por exemplo, 1 segundo nessa modalidade. No caso em que Δt é 1 segundo e o tempo de sopro é de 20 minutos, o índice de acúmulo de oxigênio S(F) é calculado calculando-se (1/F0 - 1/F) a cada 1 segundo, integrando-se essa operação cerca de 1.200 vezes e multiplicando-se o valor resultante por a.
[0048] [Fórmula matemática 10]
[0049] O índice W de metal derramado para fora de um conversor é definido pela Fórmula (12) abaixo. A “massa medida de metal derramado para fora de um conversor" descrita no denominador no lado direito da Fórmula (12) é a massa média de metal derramado após a conclusão de sopro em múltiplos testes de carga.
[0050] [Fórmula matemática 11]
[0051] Conforme evidente na Figura 2, o índice W de metal derramado para fora do conversor aumenta bruscamente quando o valor máximo S(F)máx do índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor é maior do que 40.
[0052] A Figura 3 é um gráfico que ilustra a relação entre a aceleração máxima amáx em uma frequência natural de 0,35 Hz calculada a partir da Fórmula (6) em vibração de vaso durante sopro e o valor máximo S(F)máx do índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor.
[0053] Conforme evidente na Figura 3, a aceleração máxima amáx aumenta à medida que o valor máximo S(F)máx do índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor, durante sopro, aumenta. Quando o valor máximo S(F)máx é maior do que 40, o incremento da aceleração máxima amáx é aumentado. Em outras palavras, constata-se que quando o valor máximo S(F)máx é maior do que 40, a oscilação do metal quente pode ser aumentada.
[0054] Deve-se observar, neste documento, que independentemente da diferença nos bocais de Laval da lança de sopro de topo, a taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida correlaciona-se, negativamente, à eficiência média de oxigênio ^ para descarburação, o valor máximo S(F)máx do índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor durante sopro correlaciona-se, positivamente, ao índice W de metal derramado para fora do conversor e à aceleração máxima amáx de vibração de vaso, e que tanto o índice W de metal derramado para fora do conversor quanto a aceleração máxima amáx de vibração de vaso são notoriamente aumentados em um valor máximo S(F)máx de mais do que 40.
[0055] Para suprimir a oscilação de ferro fundido, para reduzir a aderência de metal na garganta e na tampa do conversor, e para evitar uma diminuição no rendimento de ferro, os resultados indicam que é importante controlar o valor máximo S(F)máx do índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor para 40 ou menos, isto é, satisfazer a Fórmula (3):
[0056] A constante α muda sutilmente, dependendo, por exemplo, do estado de operação do vaso. Desse modo, no momento de implantação, o valor real do índice de acúmulo de oxigênio S(F) calculado a partir da Fórmula (2) e a quantidade de oxigênio não identificado são monitorados, preferencialmente, durante sopro para determinar a constante α com base no valor real do índice de acúmulo de oxigênio S(F) e na quantidade de oxigênio não identificado, a quantidade de oxigênio não identificado sendo definida pela diferença entre a quantidade de entrada de oxigênio e a quantidade de saída de oxigênio, sendo que a quantidade de entrada de oxigênio sendo definida pelo total da quantidade do gás oxigênio fornecida a partir da lança de sopro de topo e da quantidade de oxigênio em uma matéria-prima auxiliar carregada no conversor, a quantidade de saída de oxigênio sendo definida pelo total de quantidades de oxigênio presentes como gás CO, gás CO2 e gás oxigênio em um gás de escapamento do conversor e da quantidade de oxigênio consumida por uma reação de dessilicatização e presente como SiO2 no conversor.
[0057] A presente invenção se baseia nos resultados de examinação acima e se refere a um método de refino em um conversor, o método incluindo submeter ferro fundido no conversor a refino por oxidação, tal como refino por descarburação com uma lança de sopro pelo topo que tem bocais de Laval dispostos na extremidade inferior da mesma soprando gás oxigênio na superfície do ferro fundido no conversor através do bocal de Laval, em que uma ou ambas dentre a taxa de alimentação de oxigênio Qg a partir da lança de sopro de topo e a altura de lança LH são ajustadas de tal modo que a taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida determinada pela Fórmula (1) descrita acima e o índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor determinado pela Fórmula (2) satisfaçam a Fórmula (3) descrita acima.
[0058] Ajustando uma ou ambas dentre a taxa de alimentação de oxigênio Qg a partir da lança de sopro de topo e a altura de lança LH de tal modo que o índice de acúmulo de oxigênio S(F) satisfaça a Fórmula (3), fornecimento excessivo de oxigênio para a superfície do ferro fundido é suprimido, a geração de bolhas de CO excessivamente grandes subsequente é suprimida visto que a reação de carbono e oxigênio ocorre no ferro fundido, suprimindo, desse modo, uma explosão de bolha e respingos devido à explosão de bolha.
[0059] Conforme ilustrado na Figura 3, ajustando uma ou ambas dentre a taxa de alimentação de oxigênio Qg a partir da lança de sopro de topo e a altura de lança LH de tal modo que o índice de acúmulo de oxigênio S(F) satisfaça a Fórmula (3), o aumento da oscilação do ferro fundido pode ser suprimido.
[0060] Conforme descrito acima, implantando o método para operar um conversor, de acordo com a modalidade, é possível suprimir a oscilação de ferro fundido e uma explosão de bolha e respingos devido à explosão de bolha. Isso reduz a dispersão de ferro para fora do conversor, reduz custo necessário para recuperar e reutilizar o metal, e pode suprimir uma diminuição na taxa operacional do conversor devido à remoção de metal que adere e é depositado, por exemplo, na garganta do conversor.
[0061] Exemplos da presente invenção serão descritos abaixo. O refino por descarburação foi realizado com um conversor com capacidade de 300 toneladas configurado para possibilitar que gás oxigênio seja soprado a partir da lança de sopro de topo e configurado para possibilitar que um gás de agitação seja soprado através de uma tubeira de sopro de fundo na seção de fundo do conversor (doravante denominado um "conversor soprado pelo topo-fundo"). Quanto à avaliação da dispersão de ferro para fora do conversor, o índice W de metal derramado para fora de um conversor definido pela Fórmula (12) foi usado.
[0062] A lança de sopro de topo, usada nesse exemplo, tinha quatro bocais de Laval conformados de maneira idêntica servindo como bocais de jato em sua porção de ponta. Os bocais de Laval são dispostos concentricamente com o centro axial do corpo principal da lança de sopro de topo em intervalos regulares e um ângulo de 17° entre o centro axial do corpo principal da lança de sopro de topo e o eixo central de cada um dentre os bocais (doravante denominado um "ângulo de inclinação de bocal"). Cada bocal de Laval tinha um diâmetro de garganta dc de 76,0 mm e um diâmetro de saída de de 87,0 mm.
[0063] Similarmente, as seguintes lanças de sopro de topo foram usadas: uma lança de sopro de topo tendo cinco bocais de Laval, um ângulo de inclinação de bocal de 15°, um diâmetro de garganta dc de 65,0 mm e um diâmetro de saída de de 78,0 mm; uma lança de sopro de topo tendo cinco bocais de Laval, um ângulo de inclinação de bocal de 15°, um diâmetro de garganta dc de 65,0 mm e um diâmetro de saída de de 75,3 mm; e uma lança de sopro de topo tendo cinco bocais de Laval, um ângulo de inclinação de bocal de 15°, um diâmetro de garganta dc de 57,0 mm e um diâmetro de saída de de 67,2 mm. A Tabela 2 apresenta as especificações das lanças de sopro de topo usadas em testes.
[0064] [Tabela 2]
[0065] Um método para operar um conversor foi como segue: Após sucata de ferro ser carregada no conversor soprado pelo topo-fundo, metal quente com uma temperatura de 1.260 °C a 1.280°C foi carregado no conversor soprado pelo topo-fundo. O refino por descarburação foi realizado, então, soprando gás argônio ou gás nitrogênio que serve como um gás de agitação no metal quente através da tubeira de sopro de fundo enquanto gás oxigênio foi soprado na superfície do metal quente a partir da lança de sopro de topo em uma taxa de fluxo média de 2,0 Nm3/(h x t) até que a concentração de carbono de aço fundido alcançasse 0,05% em massa. A quantidade de sucata de ferro carregada foi ajustada de tal modo que a temperatura do aço fundido fosse 1.650 °C no momento da conclusão do refino. A Tabela 3 apresenta a composição e a temperatura do metal quente usado.
[0066] [Tabela 3]
[0067] A Tabela 4 apresenta a taxa de alimentação de oxigênio a partir da lança de sopro de topo e a altura de lança LH. Conforme apresentado na Tabela 4, cada uma dentre a taxa de alimentação de oxigênio a partir da lança de sopro de topo e a altura de lança LH foi definida separadamente para cada uma das seções 1, 2 e 3, em conformidade com a concentração de carbono no metal quente.
[0068] [Tabela 4]
[0069] A taxa de alimentação de oxigênio a partir da lança de sopro de topo e a altura de lança LH foram modificadas em conformidade com os diferentes bocais da lança de sopro de topo de tal modo que a velocidade de fluxo de gás oxigênio vgc na superfície de colisão da superfície de metal quente estivesse na faixa de cerca de 120 a 240 m/s nas seções 1, 2 e 3. A taxa de fluxo do gás soprado pelo fundo era constante em todos os testes.
[0070] A Tabela 5 apresenta a taxa de fluxo de oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida calculada a partir da Fórmula (1), o valor máximo S(F)máx de um índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor calculado a partir da Fórmula (2), e resultados de operação para cada teste.
[0071] [Tabela 5]
[0072] Conforme evidente na Tabela 5, o tempo de sopro foi praticamente igual entre os exemplos e os exemplos comparativos. Entretanto, o índice W de metal derramado para fora do conversor em cada um dos Exemplos 1 a 4 no momento da conclusão do sopro foi significativamente menor do que aqueles nos Exemplos comparativos 1 a 5 no momento da conclusão do sopro. Esses resultados indicaram que, em um índice de acúmulo de oxigênio S(F) de 40 ou menos, a adesão de metal pode ser suprimida, de modo que a operação de conversor que pode controlar uma diminuição na produção de ferro possa ser realizada.
Claims (2)
1. Método para operar um conversor, caracterizado pelo fato de que compreende um método de refino incluindo descarburar ferro fundido em um conversor com uma lança de sopro de topo tendo um ou mais bocais de Laval dispostos em uma extremidade inferior da mesma soprando gás oxigênio em uma superfície do ferro fundido no conversor através do um ou mais bocais de Laval, em que uma taxa de fluxo de gás oxigênio F por unidade de área de zona superaquecida (Nm3/(m2 x s)) é determinada pela Fórmula (1) descrita abaixo, em que uma zona superaquecida é uma cavidade formada através de colisão do gás oxigênio a partir da lança de sopro de topo com a superfície de ferro fundido, um índice de acúmulo de oxigênio S(F) no conversor é determinado a partir da taxa de fluxo de gás oxigênio F e da Fórmula (2) descrita abaixo, e uma ou ambas dentre uma taxa de alimentação de oxigênio Qg a partir da lança de sopro de topo e altura de lança LH são ajustadas de tal modo que o índice de acúmulo de oxigênio S(F) satisfaça a Fórmula (3) descrita abaixo, em que a altura de lança LH (m) é uma distância a partir da ponta da lança de sopro de topo até a superfície do metal fundido quando o metal fundido no conversor estiver em um estado estático, [Fórmula matemática 1]
em que na Fórmula (1), n é um número (-) dos bocais de Laval dispostos na extremidade inferior da lança de sopro de topo, dc é um diâmetro de garganta (mm) de cada dos bocais de Laval, Qg é a taxa de alimentação de oxigênio (Nm3/s) a partir da lança de sopro de topo, P0 é uma pressão de fornecimento (Pa) do gás oxigênio para o um ou mais bocais de Laval, vgc é uma velocidade de fluxo de gás oxigênio calculada a partir da altura de lança LH (m) em uma superfície de colisão de uma superfície de ferro fundido e é a velocidade de fluxo de gás oxigênio (m/s) ao longo do eixo central de cada do um ou mais bocais de Laval, r é um raio (mm) de uma cavidade formada através de colisão do gás oxigênio com a superfície de ferro fundido, e L é uma profundidade (mm) da cavidade, e em que na Fórmula (2), α é uma constante ((m2 x s)/Nm3), Fo é uma constante (Nm3/(m2 x s)), e Δt é um intervalo de tempo de coleta de dados (s).
2. Método para operar um conversor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um valor real do índice de acúmulo de oxigênio S(F) calculado a partir da Fórmula (2) e uma quantidade de oxigênio não identificado são monitorados durante sopro para determinar a constante α, a quantidade de oxigênio não identificado sendo definida por uma diferença entre uma quantidade de entrada de oxigênio e uma quantidade de saída de oxigênio, a quantidade de entrada de oxigênio sendo definida por um total de uma quantidade do gás oxigênio fornecida a partir da lança de sopro de topo e uma quantidade de oxigênio em uma matéria-prima auxiliar carregada no conversor, a quantidade de saída de oxigênio sendo definida por um total de quantidades de oxigênio presentes como gás CO, gás CO2 e gás oxigênio em um gás de escapamento do conversor e uma quantidade de oxigênio consumida por uma reação de dessilicatização e presente como SiO2 no conversor.
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