CS231211B1

CS231211B1 - Method of steel making in metallurgical unit by blasting of gas and powdered matter mixture inte melt

Info

Publication number: CS231211B1
Application number: CS26082A
Authority: CS
Inventors: Ludek Kodrle; Jiri Varta; Bretislav Divak; Jiri Slovacek; Pavel Raska; Frantisek Hromek; Rudolf Peska; Jan Hladky; Adolf Lesniak; Jan Chvojka; Cestmir Matejka; Jaromir Zavisky; Pldrich Pavlik; Milan Kluzevic; Oldrich Sobek; Jaroslav Fiala; Jiri Bohus; Slavoj Kubena; Jan Hosek; Zdenek Jasinsky
Original assignee: Ludek Kodrle; Jiri Varta; Bretislav Divak; Jiri Slovacek; Pavel Raska; Frantisek Hromek; Rudolf Peska; Jan Hladky; Adolf Lesniak; Jan Chvojka; Cestmir Matejka; Jaromir Zavisky; Pldrich Pavlik; Milan Kluzevic; Oldrich Sobek; Jaroslav Fiala; Jiri Bohus; Slavoj Kubena; Jan Hosek; Zdenek Jasinsky
Priority date: 1982-01-13
Filing date: 1982-01-13
Publication date: 1984-10-15

Abstract

Vynález se týká způsobu výroby oceli v hutnickém agregátu dmýchánim plynu nebo směsi plynu a prachových látek v proudu do taveniny kovu, u kterého průtočná hmo-, ta plynu je v rozmezí 11 až 0,002 kg.min” na t taveniny kovu a prachové látky v rozmezí 0,01 až 30 kg.min” na t taveniny kovu při tlaku na ústí trysky rovném součinu jedenkrát až pětkrát ferrostatický tlak taveniny kovu, kde celková plocha ústí trysek je daná poměrem násobku průtočné hmoty plynu, dále druhé odmocniny součtu čísla jedna a směšovacího poměru prachové látky a plynu konstanty od 80 do 260 k násobku měrné hmoty taveniny kovu, výšky sloupce taveniny kovu a zrychlení zemského, zvětšeného o součet barometrického tlaku, kde množství prachové látky v kg na 1 kg plynu je v rozmezí 0,1 až 35 kgThe invention relates to a method for producing steel in a metallurgical aggregate by blowing gas or mixtures of gas and dust in the stream into the metal melt, where the flow-through, gas is between 11 and 0.002 kg.min ” to melt metal and dust in the range 0.01 to 30 kg.min ”per tonne of melt metal at the pressure of the nozzle orifice one to five times ferrostatic metal melt pressure where total area the nozzle orifice is given by the multiple ratio gas flow, second square root the sum of the number one and the mixing ratio dust and gas constants from 80 to 260 k multiple of the specific mass of the metal melt, column height of metal melt and acceleration Earth, increased by the sum of barometric pressure where the amount of dust in kg per kg of gas is in the range of 0.1 to 35 kg

Description

Vynález se týká způsobu výroby oceli v hutnickém agregátu dmýcháním plynu s prachových látek v proudu do taveniny za účelem změny reakční rychlosti, oxidačního potenciálu, teploty taveniny apod.The present invention relates to a process for producing steel in a metallurgical aggregate by blowing gas with dusts in a stream into a melt to change the reaction rate, oxidation potential, melt temperature and the like.

Při dmýchání prachových látek do taveniny kovu v proudu plynu, mění se charakter vytékajícího piOudu plynu s prachovými látkami oproti výtoku samotného plynu. Hloubka vniknutí proudu plynu do taveniny kovu při ponořeni trysky je poněkud větší, než když je tryska nad hladinou taveniny kovu. Přidáváním prachových látek do proudu plynu zvyšuje se pří určité výtokové rychlosti plynu a prachové látky kinetické energie proudu, čímž dochází k většímu promíchávání lázně a k proměnlivé hloubce vnikání proudu plynu a prachové látky do taveniny kovu v závislosti na poměru jednotky hmotnosti prachové látky k jednotce hmotností plynu.When blowing the dust into the metal melt in the gas stream, the nature of the outflow of the gas with the dust changes compared to the outflow of the gas itself. The depth of penetration of the gas stream into the metal melt when the nozzle is submerged is somewhat greater than when the nozzle is above the metal melt level. By adding dust to the gas stream, the kinetic energy of the stream increases at a certain gas and dust outflow velocity, thereby increasing the agitation of the bath and varying the depth of penetration of the gas and dust stream into the metal melt depending on the ratio .

Tento poznatek umožňuje dosáhnout potřebného a přibližně stejného pohybu taveniny kovu při dmýchání většího množství prachové látky v menším množství plynu nebo při dmýchání většího množství plynu bez nebo s malým množstvím prachové látky. Vhánění prachové látky do taveniny kovu může být využíváno u všech postupů od zkujňování, chlazení, redukování, legování až po odplynění taveniny kovu. Důvodem jeho použiti je daleko větší možnost změn v širokých mezích než u ostatních postupů výroby oceli. Při dmýchání plynu a prachové látky ve směru od hladiny taveniny kovu do taveniny kovu je hloubka vniknutí proudu plynu a prachové látky dáno změnou hybností plynu a prachové látky a vztlakem, působícím na plynové bubliny a prachové částice, případně produkty reakci. Směr výtoku je obrácený vzhledem k působení vztlaku.This finding makes it possible to achieve the necessary and approximately the same movement of the metal melt when blowing a larger amount of dust in a smaller amount of gas or when blowing a larger amount of gas with or without a small amount of dust. Injection of the dust into the metal melt can be used in all processes from refining, cooling, reducing, alloying to degassing the metal melt. The reason for its use is a much greater possibility of variation within wide limits than in other steelmaking processes. When blowing gas and dust in the direction from the level of the metal melt to the metal melt, the depth of penetration of the gas and dust stream is determined by the change in momentum of the gas and dust and the buoyancy acting on the gas bubbles and dust particles or reaction products. The discharge direction is reversed due to buoyancy.

Při dmýchání plynu a prachové látky ve směru k hladině taveniny kovu ode dne nádoby, buň hluboko do taveniny kovu ponořenou tryskou nebo tryskami ve dně hutnického agregátu, určuje výtokové energie plynu a prachové látky spolu se vztlakovými silami, teplotou a povrchovým napětím velikosti bublin a hloubku vniknutí prachových částic a plynu do taveniny kovu. Směr výtoku a vztlaku je totožný,When blowing gas and dust in the direction of the metal melt level from the bottom of the vessel, the cell deep into the metal melt by submerged nozzle or nozzles in the bottom of the metallurgical aggregate determines the gas and dust outflow energy along with buoyancy, temperature and surface tension of bubble size and depth. ingress of dust particles and gas into the metal melt. The direction of discharge and buoyancy is the same,

ZraěJly výtokové energie a hybnosti závisí na měrné hmotnosti taveniny kovu a prachové látky, na průtočné hmotě proudu a prachové látky, na rychlosti výtoku plynu a prachové látky, na tlaku plynu ve výtokovém průřezu, hloubce lázně taveniny kovu, absolutní teplotě taveniny kovu a plynu a tlaku nad taveninou. Podmínky pro zvyšování reakční rychlosti jsou dány známou rovnici přenosové rychlosti F = A —— . /\C, kdeOutflow energy and momentum dependencies depend on the specific gravity of the metal and powder, the flow rate of the stream and the powder, the gas and powder flow rates, the gas pressure in the discharge cross section, the metal melt bath depth, the absolute metal and gas melt temperature, pressure above the melt. The conditions for increasing the reaction rate are given by the known transfer rate equation F = A -. / \ C, where

F - je průtok materiáluF - is the material flow

A - specifický povrchA - specific surface

D - difuzní konstantaD - diffusion constant

- tloušlka mezní vrstvy- boundary layer thickness

AC - koncentrační spadAC - concentration fallout

Dvě z těchto veličin lze měnit, a to specifický povrch A, a tloušlku mezní vrstvy ň. Specifický povrch může být měněn rozdrobením pevné látky na prach, tekutiny na kapičky, plyn na malé bubliny a tloušlka mezní vrstvy zmenšena na nejmenší míru mícháním.Two of these variables can be changed, namely the specific surface A and the thickness of the boundary layer n. The specific surface can be varied by crushing the solid into dust, liquid into droplets, gas into small bubbles, and the thickness of the boundary layer reduced to a minimum by agitation.

Reakcemi, například oxidačního plynu, se dosahuje dále nejúčinnšjšího přenosu tepla, protože teplo se vyvíjí uvnitř taveniny a není do ní přenášeno přes jiné prostředí. Obdobně, při vhánění inertního plynu s prachovou látkou dochází k jejich bezprostřednímu styku s taveninou kovu, vysokému využití prachové látky a k intenzivnímu míchání taveniny. Při vhánění prachové látky do taveniny kovu je reakční zóna umístěna uvnitř taveniny kovu, čímž je déle chráněna vyzdívka reakční nádoby před účinkem vysokoteplotních reakcí, které jinak mají silný korozovní vliv. Současně s tím, že reakce probíhají uvnitř taveniny kovu, jsou zlepšeny podmínky pro zachycování dýmů, protože lázeň se chová jako lapač. Rovněž je i nižší hladina hluku, protože výtok probíhá uvnitř taveniny kovu. Tyto postupy tedy zlepšují pracovní a životní prostředí.Furthermore, reactions, such as oxidizing gas, achieve the most efficient heat transfer because heat is generated inside the melt and is not transferred to it via any other environment. Similarly, when the inert gas is injected with the dust, it comes into direct contact with the metal melt, high dust utilization and intensive mixing of the melt. As the powder is injected into the metal melt, the reaction zone is located within the metal melt, thereby protecting the lining of the reaction vessel from the effects of high temperature reactions, which otherwise have a strong corrosion effect, for longer. At the same time as the reactions take place inside the metal melt, the conditions for fuming are improved because the bath acts as a trap. Also, the noise level is lower, because the discharge takes place inside the metal melt. These practices therefore improve the working and living environment.

Důležité je, aby při dosažení intenzivního míchání taveniny kovu a vysoké reekční rychlosti a při úniku dýmů z reakčni nádoby, nedocházelo k vynášení čásťic taveniny z produktů reakcí. Proto je velmi významné dosáhnout v taveninš stabilní disperzní systém, což je možné vháněním plynu a prachové látky v určitých tlakových a průtočných poměrech i při jejich odpovídajících průměrech výstupních průřezů trysek nebo jejich ústí ve styku s ťa veninou kovu. Vysokého výtěžku a minimálních ztrát v kysličníkové a kovové formě se dosáhne, jestliže se zajistí klidný chod tavby.It is important that when the metal melt is stirred intensively and at a high reaction rate and fumes escape from the reaction vessel, no melt particles are removed from the reaction products. Therefore, it is very important to achieve a stable dispersion system in the melt, which is possible by injecting gas and dust in certain pressure and flow ratios even at their corresponding nozzle outlet cross section diameters or their mouths in contact with the metal cavity. High yields and minimal losses in oxide and metal forms are achieved if the melting operation is ensured.

Aby se dosáhlo určitého času míchání objemu taveniny kovu, který rozhoduje o druhu probíhajících reakcí, je nutno měnit tzv. energii rozptýlení bublin a prachové látky. Zvětšování počtu trysek nebo jejich ústí, zmenšování velikosti bublin, zvyšování množství prachové látky na jednotku objemu plynu, vede k prodlužování doby míchání. S dobou míchání taveniny kovu souvisí průběh reakcí. Tak například při vhánění oxidačního plynu, prodlužování doby oběhu jednotky objemu taveniny kovu vede k vzrůstu schopnosti kyslíku okysličovat železo.In order to achieve a certain mixing time of the volume of the metal melt, which decides on the type of reactions taking place, it is necessary to change the so-called energy of dispersing bubbles and dust. Increasing the number of nozzles or their orifices, reducing the size of the bubbles, increasing the amount of dust per unit volume of gas leads to an increase in mixing time. The reaction time is related to the time of mixing the metal melt. For example, when injecting oxidizing gas, prolonging the circulation time of the metal melt volume unit leads to an increase in the oxygen oxidizing capacity of the iron.

Obdobně delší doba styku inertního plynu a prachové látky při jejich vhánění do taveniny kovu vede k vyššímu stupni odstraňování nežádoucích prvků, například při okysličování, odsíření a podobně. Naopak při takové intenzitě míšení, kdy je krátká doba oběhu jednotky objemu taveniny kovu, mají přednost reakce oduhličeni, to je reakce s tvorbou plynných produktů oxidace. Tyto poměry lze vyjádřit větší nebo menší hodnotou poměru průtoku plynu ku hmotě taveniny kovu, dělené časem potřebným pro pohyb lázně.Similarly, the longer contact time of the inert gas and the dust when injected into the metal melt leads to a higher degree of removal of undesirable elements, for example, during oxidation, desulfurization and the like. Conversely, at a mixing rate where the circulation time of the metal melt volume unit is short, the decarburization reactions, i.e. the reaction with the formation of gaseous oxidation products, are preferred. These ratios can be expressed by a greater or lesser ratio of the gas flow rate to the mass of the metal melt divided by the time required to move the bath.

Při správném dimenzování trysek, reakčního prostoru p taveniny kovu, tlaku a množství dmýchaného plynu, případně směsi plynu a prachově látky, je možno dosáhnout velmi vysoké reakčni rychlosti. Reakce jsou v takovém případě ukončeny v prostoru, kde vniká proud do taveniny kovu, přičemž reakčni zóna zahrnuje pouze část objemu taveniny kovu.If the nozzles, the metal melt reaction area, the pressure and the amount of blown gas or gas / dust mixture are properly sized, a very high reaction rate can be achieved. In this case, the reactions are terminated in the space where the stream enters the metal melt, the reaction zone comprising only part of the volume of the metal melt.

Uvedených výhod dmýchání prachových látek v proudu plynu do taveniny kovu se dosáhne způsobem výroby oceli podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že směs se dmýchá o průtočné hmotě plynu v rozmezí 11 až 0,002 kg.min”¹. na tunu taveniny kovu a o průtočné hmotě prachové látky v rozmezí 0,01 až 30 kg.min”¹ na tunu taveniny kovu při tlaku na ústi trysky rovném součinu jedenkrát až pětkrát ferrostatický tlak taveniny kovu. Celková plocha ústí trysek je daná poměrem násobků koeficientu 80 až 260'; dále průtočné hmoty plynu, druhé odmocniny součtu k násobku měrné hmoty taveniny kovu, výšky sloupce taveniny kovu, zemského zrychlení v součtu s barometrickým tlakem je vyjádřen vztahem /80 až 260/ <7 ₊ p . G »Said advantages of blowing the dusts in the gas stream into the metal melt are achieved by the process according to the invention, characterized in that the mixture is blown with a gas mass in the range of 11 to 0.002 kg.min ^-1 . per tonne of metal melt and a flow rate of dust in the range of 0.01 to 30 kg.min ^-1 per tonne of metal melt at a nozzle orifice pressure equal to one to five times the ferrostatic metal melt pressure. The total area of the nozzle orifices is given by the ratio of multiples of the coefficient 80 to 260 '; furthermore, the gas flow mass, the square root of the sum to the multiple of the specific mass of the metal melt, the height of the metal melt column, the earth acceleration combined with the barometric pressure is expressed by the relation / 80 to 260 / <7 ₊ p. G »

/ p . ht . g/ + B o/ p. ht. g / + B o

F - celková plocha ústí trysek v mF - total nozzle orifice area in m

G - průtočná hmota plynu v kg.s“¹ μ - směšovací poměr prachové látky a plynu ρ - měrná hmota taveniny kovu kg.m”^ ht - výška sloupce taveniny kovu v m g - zrychlení zemské 9,8 m.s”² G - gas flow mass in kg.s “ ¹ μ - dust / gas mixing ratio ρ - specific metal melt mass kg.m” ^ ht - metal melt column height vmg - earth acceleration 9.8 ms ” ²

B - barometrický tlak v Pa, přičemž množství prachové látky v kg ňa 1 kg plynu je v rozmezí 0,1 až 35 kg. Při zvětšování průtočné hmoty prachové látky v rozmezí 0,1 až 30 kg.min”¹ na tunu taveniny kovu se v lineární závislosti mšní průtočná hmota plynu v rozmezí 11 až 2,5. min”¹ na tunu taveniny kovu, při množství prachové látky 7 až 0,1 kg na 1 kg plynu v závislosti na fázi tavby a koeficient pro určení celkové plochy ústí trysek je od 80 do 160. Při zvětšování průtočné hmoty prachové látky v rozmezí 0,01 až 1 kg.min”' na tunu taveniny kovu se v lineárníB - barometric pressure in Pa, the amount of dust in kg per kg of gas is in the range of 0.1 to 35 kg. When the dust mass flow rate is increased in the range of 0.1 to 30 kg.min ^-1 per tonne of metal melt, the mass flow rate of the gas ranges from 11 to 2.5 in a linear relationship. min ” ¹ per ton of metal melt, at a dust content of 7 to 0.1 kg per kg of gas depending on the melting phase and a coefficient for determining the total area of the nozzle orifices is from 80 to 160. 01 to 1 kg.min " per tonne of metal melt is linear

F = kde uvedené symboly značí:F = where the symbols indicate:

závislosti mění průtočná hmota plynu v rozmezí od 0,002 ež 0,025 kg.min“' na tunu taveniny kovu, při množství prachová látky 6 až 35 kg na 1 kg plynv, kde koeficient pro určení celkové plochy ústí trysek je v rozmezí od 160 do 260.The gas flow rate varies from 0.002 to 0.025 kg.min -1 per tonne of metal melt, with a dust content of 6 to 35 kg per kg gas, where the coefficient for determining the total nozzle orifice area is in the range of 160 to 260.

Výhodou způsobu výroby oceli v hutnickém agregátu dmýcháním směsi plynu a prachových látek v proudu do taveniny podle vynálezu je to, že se v tavenině dosáhne stabilního disperzního systému a klidného chodu tavby a tím vysokého výtěžku a minimálních ztrát v kysličníkové i kovové formě. DelSí jeho výhodou je to, že se dosáhne vyššího stupně odstranění nežádoucích prvků.An advantage of the process of producing steel in a metallurgical aggregate by blowing a mixture of gas and dust in the melt stream according to the invention is that the melt achieves a stable dispersion system and a smooth melting operation and thus a high yield and minimal losses in both oxide and metal form. A further advantage is that a higher degree of removal of undesirable elements is achieved.

Při výrobě oceli v konvertoru se do taveniny kovu dmýchá kyslík příkonem 0,455 kg.min”' na 1 trysku / 30 mm při tlaku 0,3 MPa a hloubce lázně 1 m. Jestliže se začne dmýchat do taveniny kovu prachové vápno a energie působící na lázeň má být přibližně stejná při smšěovecím poměru prachového vápna a kyslíku_<u/= 3 kg prachu, na kg kyslíku, sníží se průtočná hmota kyslíku na 0,3'' kg.min”' při zvýšeném tlaku na 0,375 MPa.For the production of steel in the converter, oxygen is blown into the metal melt at a power input of 0.455 kg.min " per nozzle / 30 mm at a pressure of 0.3 MPa and a bath depth of 1 m. it should be approximately the same at a lime / oxygen mixing ratio of _< u / = 3 kg of dust per kg of oxygen, the oxygen flow mass will be reduced to 0.3 kg / min at an increased pressure of 0.375 MPa.

Při změně směšovacího poměru prachového vápna ku kyslíku na<4i/ = 1, změní se průtočná hmota kyslíku na 0,383 kg.min“', při současné změně tlaku na 0,335 MPa a energie působící na taveninu kovu bude opět přibližně stejná.When the lime / oxygen mixing ratio is changed to < 4i / = 1, the oxygen flow mass will change to 0.383 kg / min, at a simultaneous pressure change to 0.335 MPa and the energy on the metal melt will again be approximately the same.

Při výrobě oceli úpravou jejího chemického složení v pánvi, dmýchal se do taveniny oceli o hloubce lázně 2 m argon příkonem 0,53 kg.min“' tryskou o průměru 12 mm při tlaku 0,449 '72 MPa a při směšovacím poměru^u/= 15, kalcium silicium. Jestliže se změní směšovací poměr na asi= 10 kalcium silicium, zvýší se příkon plynu na 0,61 kg.min“'.In the production of steel by adjusting its chemical composition in a ladle, it was blown into a steel melt with a bath depth of 2 m argon at a power of 0.53 kg.min-1 through a nozzle of 12 mm diameter at a pressure of 0.449-72 MPa and at a mixing ratio. , calcium silicium. If the mixing ratio is changed to about = 10 calcium silicium, the gas input will increase to 0.61 kg.min -1.

Claims

Method for producing steel in a metallurgical aggregate by blowing a mixture of gas and dust in a stream into a metal melt, characterized in that the mixture is blown at a gas mass in the range of 11 to 0.002 kg / min per tonne of metal melt and a mass in the range of 0.01 to 30 kg.min < -1 > per ton of metal melt at a nozzle orifice pressure equal to one to five times the ferrostatic metal melt pressure, where the total flat orifice is given by multiplying the coefficient multiples of 80 to 260 the root of the sum of number one and the mixing ratio of the dust and gas to the multiple of the density of the metal, the height of the metal melt column of the Earth's acceleration in sum and the barometric pressure, and is expressed by:

/ 80 to 260 / VT + <&. GF = / p. ht. g / + B '2 - »1 where F is the total nozzle orifice area in m, G is the gas mass in kg.s, e * v is the dust / gas mixing ratio, p is the metal melt density in kg.m, h ₊ is -1 * the height of the metal column in m, g is the earth acceleration = 9.81 ms, B is the barometric pressure in Pa, with the amount of dust in kg per kg of gas ranging from 0.1 to 35 kg.

2. A method according to claim 1, characterized in that, as the dust mass increases in the range of 0.1 to 30 kg.min " per tonne of metal melt, the gas mass in the range of 11 to 2.5 changes linearly. kg.min ^-1 per tonne of metal melt, with a dust content of 7 to 0.1 kg per kg of gas depending on the melting stage and a coefficient for determining the total nozzle orifice area is from 80 to 160.

3. The method of producing steel according to claim 1, characterized in that, as the flow rate of the dust increases in the range of 0.01 to 1 kg.min ^-1 per tonne of metal melt, the flow rate of gas varies in a linear range from 0.002 to 0.025 kg. min ^-1 per ton of metal melt, at a dust content of 6 to 35 kg per kg of gas, where the coefficient for determining the total nozzle orifice area is in the range of 160 to 260.