CS238365B2 - Metallic bath refining method - Google Patents

Description

Pro umožnění zvětšování podílu přidávaných tuhých chladných látek, zejména šrotu, v průběhu rafinace surového železa dmycháním kyslíku shora, se navrhuje způsob rafinace kovové lázně, který je charakterizován jednak tím, že se v bezprostřední blízkosti povrchu lázně zajistí přídavné spalování kysličníku uhelnatého CO, uvolňovaného v průběhu oduhličování při rozdělování kyslíku na tento povrch lázně a jednak tím, že se řídí tloušťka a konsistence vrstvy strusky vstřikováním plynu spodkem lázně, zejména inertního plynu, a to po alespoň větší část doby z trvání rafinace.

Styková plocha mezi kovem a struskou se tak trvale regeneruje, struska podléhá kontinuálnímu odkysličování a nemůže zaujmout napěněnou konsistenci. Skutečnost, že struska není napěněná, umožňuje přístup tepelné energie vytvářené přídavným spalováním kysličníku uhelnatého CO, což dovoluje zvětšovat přidávaný podíl tuhého šrotu.

Vynález se týká způsobu raflnace kovové lázně dmýcháním kyslíku shora, zejména tekutého surového železa, obsahujícího tuhé chladné látky, například šrot.

Způsob rafinace kovové lázně dmýcháním kyslíku shora umožňuje, jak je známé, přidávat ke vsázce větší nebo menší množství šrotu, případně rudy. Vliv tohoto přidávaného materiálu závisí zejména na množství tepelné energie, která Je k dispozici pro zajištění jeho roztavení.

U způsobů rafinace v přítomnosti kyslíku pochází tepelná energie, uvolňovaná v průběhu zpracování, jednak z exotermických reakcí při okysličování okysličovatelných prvků obsažených v tekutém surovém železe, a stejně tak je množství přidaných chladných látek funkcí obsahu uhlíku C, křemíku Si, fosforu P a manganu Mn, obsažených ve vloženém tekutém surovém železe.

Na druhé straně pochází tepelná energie z uvolňovaného kysličníku uhelnatého CO, který se vytváří při oduhličování tekutého surového železa, a který lze podle podmínek práce v konventoru podrobit více či méně omezenému spalování. Toto exotermlcké přídavné spalování vytváří zdroj doplňkové energie, kterým je snaha využít pro umožnění zvýšení množství šrotu přidávaného do vsázky.

Snahy o co nejdokonalejší využití všech zdrojů energie obsažených ve vsázce před tím, než se uplatní vnější energie, jejíž přívod je obtížný a zmenšuje výhody získané přidáváním většího množství šrotu, byly příčinou vytvoření různých variant technologie dmýchání.

Tak je již například známé zvyšovat množství spalovaného kysličníku uhelnatého CO nad kovovou lázní v průběhu její rafinace dmýcháním kyslíku shora, čímž se zvyšuje množství kyslíku, které je k dispozici v bezprostřední blízkosti povrchu lázně a vně střední oblasti dmýchání. K tomuto zvýšení lze přistoupit v důsledku toho, že sé dmýchá přídavný kyslík rozdělený do velkého množství paprsků pokrývajících prstencovou oblast, která trvale pokrývá co největší možnou část povrchu lázně. Pro zajištění této techniky je třeba upravit speciální dmýchací trubky, které obsahují mimo obvyklých primárních a případně sekundárních trubic řadu pomocných trubic, které jsou upraveny v různých úhlech a jsou přizpůsobeny rozměrům a tvaru konvertoru.

Hlavní nevýhoda použití těchto speciálních dmychacích trubek, jejichž úprava je komplikovaná a které mají zajistit vzrůst přídavného spalování kysličníku uhelnatého CO nad povrchem lázně, jakož i všechny myslitelné snahy pro zvětšení teplot nad povrchem lázně pro dosažení roztavení většího množství šrotu jsou zmařeny, případně spočívají v tom, že na povrchu lázně se vytváří tlustá vrstva napěněné strusky, která vzniká v průběhu rafinace dmýcháním kyslíku shora a která působí dík své pěnovité konsistenci jako velmi dobrý tepelný Isolant.

Vynález si klade za úkol vytvořit způsob rafinace, který by umožnil zvýšit obvyklé dávky přidávaného tuhého šrotu a odstranil výše uvedené nevýhody.

Splnění tohoto úkolu se zajistí a odstranění uvedených nevýhod se dosáhne způsobem raflnace kovové lázně dmýcháním kyslíku shora, jejíž podstata spočívá v tom, že jednak se v bezprostřední blízkosti povrchu lázně přídavně spaluje kysličník uhelnatý CO, uvolňovaný v průběhu oduhličování při rozdělování kyslíku na celý povrch lázně a jednak se řídí tloušťka a konsistence strusky působením na nerovnováhu mezi struskou a kovovou lázní vstřikováním plynu, s výhodou inertního, spodkem lázně po alespoň větší část z doby trvání rafinace.

Hlavní výhoda tohoto vynálezu spočívá ve vytvoření způsobu rafinace, v jejímž průběhu je rozhraní mezi kovem a struskou proplachováno probublávajícím Inertním plynem, což umožňuje trvalé odkysličování strusky, čímž se zabrání tomu, aby struska mohla vytvářet pěnovou konsistenci. Toto proplachování, které se zajišťuje s výhodou po celou dobu trvání rafinace, umožňuje kombinovat výhody způsobu rafinace v nístějové peci, kde jsou reakce mezi kovem a struskou pomalé, s výhodami způsobů LD procesu, případně LDAC procesu, které se vyznačují rychlostí reakcí.

Charakteristické rysy procesu rafinace tekutého surového železa dmýcháním kyslíku shora, jakou apříklad při LD procesu a LDAC procesu, spočívají v tom, že se v závislosti na dmýchání kyslíku vytváří na povrchu lázně napěněná a silně okysličená struska. Za jistých okolností lze regulovat rozložení dmýchaného kyslíku mezi struskou a kovem změnou vzdálenosti tělesa dmýchací trubky od hladiny lázně při konstantním přívodu kyslíku a při daném tvaru tělesa dmýchací trubky. Vysunutí tělesa dmýchací trubky směrem vzhůru přispívá k většímu okysličování strusky, která se tak dostává do napěněnější konsistence, což podporuje odfosfoření a odsíření. Nízká výška tělesa dmýchací trubky vede k rychlejšímu oduhličování a většímu uvolňování tepla, zejména v oblasti nárazu kyslíkového paprsku.

Jak je patrno, je všeobecně snaha zajistit vytváření okysličené napěněné strusky pro dosažení výše uvedených výhodných účinků. Jsou však také nevýhody, které jsou spojeny s vytvářením okysličené napěněné strusky. Jedna z nich spočívá v tom, že napěněná struska brání průchodu tepla do lázně a šrot v lázni obsažený nemůže být roztavován přídavným spalováním kysličníku uhelnatého CO.

Podle vynálezu se stav strusky ovládá přiváděním probublávajícího plynu zdola. Tento plyn je plyn nebo směs plynů, jejichž podstatná část je inertní. Pojmem inertní se zde míní ta skutečnost, že žádný z použitých plynů nereaguje běžně zjistitelným způsobem s převážným množstvím složek v lázni obsažených, při podmínkách dmýchání kyslíku v souladu s vynálezem. Zpravidla se bude využívat dusík, který je k dispozici za výhodnou cenu v těch případech, kdy se vyrábí dmýchaný kyslík trakční destilací vzduchu.

Podle vynálezu se plyn vstřikuje rozdělovacími tvarovkami, uloženými ve vyzdívce dna konvertoru a uspořádanými radiálně kolem svislé osy procházející místem nárazu kyslíku dmýchaného shora na povrch lázně.

Tak se prostřednictvím omezeného počtu přiváděčích míst vstřikovaného plynu dosáhne působení na celou lázeň a na celé rozhraní mezi kovem a struskou. Kontrolované přivádění probublávajícího plynu zajišťuje, že konsistence strusky zůstává jednotná a je prostá pěny a že oduhličování roztaveného surového železa se uskutečňuje vyváženě a homogenně v celé lázni. Tak se rozhraní mezí kovem a struskou průchodem probublávajícího plynu neustále regeneruje, fyzikálně chemická nerovnováha mezi kovem a struskou se zmenšuje velmi rychle a jednotně, takže je kontrolovatelná, což podstatně zkracuje potřebnou dobu rafinace.

Rozdělování dmýchaného kyslíku shora, prostřednictvím dmýchacích trubek na povrch lázně, přičemž tyto trubky mohou mít normální úpravu, jakož i úprava rozdělovačích tvarovek podle vynálezu, přinášejí ještě další výhodu, která spočívá v tom, že se v průběhu rafinace zabrání nepřípustné nitridaci kovů. Na rozdíl od uvedené skutečnosti bylo zjištěno, že při vstřikování dusíku do oblasti, kde naráží na hladinu lázně kyslík dmýchaný shora, to znamená do oblasti, kde panují extrémní teploty, dochází k velmi výrazné nitridaci.

U způsobu podle vynálezu, se řídí intenzita' vstřikování probublávajícího plynu v závislosti na měření, které udává hustotu a konsistenci vrstvy strusky, to je v závislosti na stupni napěnění a na výšce vrstvy strusky, která pokrývá lázeň. · Množství probublávajícího plynu se zvyšuje v takovém případě, kdy se zvětšuje tloušťka a stupeň napěnění strusky, zatímco v opačném případě se množství probublávajícího plynu snižuje.

Měření udávající tloušťku vrstvy strusky a stupeň jejího napěnění se uskutečňuje podle jedné možné formy vynálezu kontrolou stupně a rychlosti odkysličení strusky, což se stanovuje sledováním obsahu kyslíku v kouři, to je ve spalinách, které vystupují z konvertoru, například prostřednictvím hmotového spektrometru.

Podle další možné formy vytvoření vynálezu může měření tloušťky vrstvy strusky a stupně jejího napěnění spočívat na měření intenzity její emise dmýchací trubkou pro dmýchání kyslíku shora.

Z uvedeného je patrno, že dík probublávání plynu, které se uskutečňuje v průběhu rafinace, jsou operace spojené s regulací výšky dmýchací trubky kyslíku, které jsou normálně nezbytné pro dosažení výhodné charakteristiky reakcí v lázni, nadále nutné a úloha dmýchací trubky kyslíku se podobá úloze při prostém dodávání kyslíku u LD procesu a kyslíku a vápna u LDAC procesu. To vede k významným praktickým a hospodářským důsledkům, protože již není třeba, aby dmýchací trubky kyslíku byly téměř neustále v pohybu a aby vnější tvary těles dmýchacích trubek byly tak komplikované.

Při práci způsobem podle vynálezu se zvolí taková výška dmýchací trubky kyslíku, která odpovídá poloze, ve které se normálně vytváří napěněná a silně okysličeuá struska.

Rafinace se tedy začne normálním způsobem až do vytvoření vrstvy strusky o dostatečné tloušťce, což se určí empiricky, například prostřednictvím sonometru. Potom se začne se vstřikováním probublávajícího plynu a množství tohoto plynu se reguluje tak, aby se získala struska v konstantním stavu o požadované konsistenci a viskozitě.

Vynález je v dalším vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněn graf, v němž ' je zakreslena křivka intenzity zvuku, vyvolávaného v průběhu rafinace vsázky v procesu LDAC podle vynálezu, přičemž tento graf slouží k objasnění možností regulace tloušťky a konsistence vrstvy strusky změnou množství probublávajícího plynu.

Konvertor o kapacitě 150 tun oceli obsahuje 100 tun fosforitého tekutého železa a 68 tun tuhého šrotu. Je opatřen obvyklou dmýchací trubkou pro dmýchání shora. ' V jeho dně je umístěno dvanáct tvarovek pro vstřikování probublávajícího plynu, které jsou uspořádány radiálně kolem svislé osy procházející místem nárazu kyslíkového paprsku na povrch lázně. Probublávající plyn je dusík.

Zatímco přípustné množství přidávaného šrotu na tunu surového železa podle klasického způsobu se pohybuje při rafinaci surového železa s malým obsahem fosforu kolem 300 kg a při rafinaci surového železa s velkým obsahem fosforu kolem 400 kg, je podle vynálezu možné přidávat zhruba 680 kg šrotu na tunu surového železa.

Jak je patrno z obr. 1, měří se po dobu T rafinace intensita I zvuku dmýchací trubky pro dmýchání kyslíku. V periodě A je průchod probublávajícího dusíku ’ duem konvertoru o hodnotě 600 Nm³.hL Zmenšení dodávky na hodnotu 400 Nm³.h~¹ v periodě B je možné pozorovat podstatným zmenšením intenzity zvuku, která ukazuje zvětšení tloušťky, případně napěnění vrstvy strusky. Proti tomu se působí, jak je to znázorněno v periodě C zvětšením dodávky probublávajícího plynu na hodnotu 750 Nm³. . h*¹, což způsobí vzrůst intenzity zvuku na hodnotu větší, než jaká byla naměřena v periodě A, kdy byla velikost dodávky probublávajícího plynu o hodnotě 600 Nm⁵. h¹. V periodě D se znovu upraví dodávka probublávajícího plynu na hodnotu 600 Nm⁵. . h¹, a je možné pozorovat, že intenzita zvuku se blíží intenzitě v periodě A a zůstává konstantní až do konečné periody 5, kdy se přeruší dodávka probublávajícího plynu, čímž se sníží hodnota intenzity zvuku na minimum.

Popsané výsledky ukazují výhodnost me tody měření intenzity zvuku pro zjišťování tloušťky a konsistence vrstvy strusky a možnost regulování těchto hodnot v závislosti na hodnotě množství probublávajícího plynu.

Skutečnost, že lze přidávat do lázně 680 kilogramů šrotu na tunu surového železa a zajistit rychlé roztavení tohoto šrotu bez jakýchkoli problémů je dána tím, že způsob rafinace podle vynálezu umožní udržovat strusku sice v kapalném, avšak v nenapěněném stavu, což zajistí žádoucí přístup tepelné energie, vznikající při přídavném spalování kysličníku uhelnatého CO a její přívod do lázně.

Claims (10)

1. PREDMET VYNALEZU

   1. Způsob rafinace kovové lázně dmýcháníin kyslíku shora, zejména tekutého surového železa, obsahujícího tuhé chladné látky, například šrot, vyznačený tím, že jednak se v bezprostřední blízkosti povrchu lázně přídavně spaluje kysličník uhelnatý CO, uvolňovaný v průběhu oduhličování při rozdělování kyslíku na celý povrch lázně a jednak se reguluje tloušťka a konsistence vrstvy strusky působením na nerovnováhu mezi struskou a kovovou lázní vstřikováním plynu, s výhodou inertního, spodkem lázně po alespoň větší část z doby trvání rafinace.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že probublávající plyn je inertní plyn, zejména dusík.
3. 3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že probublávající plyn je směs inertních plynů.
4. 4. Způsob podle bodů 1 až 3 vyznačený tím, že plyn se vstřikuje rozdělovacími tvarovkami, uloženými ve vyzdívce dna konvertoru a uspořádanými radiálně kolem svislé osy procházející místem _ nárazu kyslíku dmýchaného shora na povrch lázně.
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4 vyznačený tím, že intenzita vstřikování probublávajícího plynu se reguluje podle údajů měření konsistence vrstvy strusky, která pokrývá kovovou lázeň tak, že se zvětšuje množství probublávajícího plynu při zvětšování tloušť ky a zvýšení stupně napěnění vrstvy strusky a v opačném případě se toto množství plynu zmenšuje.
6. 6. Způsob podle bodů 1 až 5 vyznačený tím, že měření hustoty a stupně napěnění vrstvy strusky spočívá ve sledování stupně a rychlosti odkysličení strusky, přičemž se měří, například hmotovým spektrometrem, množství kyslíku ve spalinách konvertoru.
7. 7. Způsob podle bodů 1 až 5 vyznačený tím, že měření hustoty a stupně napěnění vrstvy strusky spočívá ve zjišťování intenzity její emise dmýchací trubkou pro dmýchání kyslíku shora.
8. 8. Způsob podle bodů 1 až 7 vyznačený tím, že surové železo se rafinuje alespoň v jedné fázi při udržování tělesa dmýchací trubky ' kyslíku v konstantní výšce nad lázní.
9. 9. Způsob podle bodů 1 až 8 vyznačený' tím, že těleso dmýchací trubky kyslíku se udržuje nad lázní ve vzdálenosti, která normálně vede k vytváření napěněné a silně okysličené strusky.
10. 10. Způsob podle bodů 1 až 9 vyznačený tím, že se začíná s obvyklou rafinací až do vytvoření vrstvy strusky o dostatečné tloušťce a potom se začne se vstřikováním probublávajícího plynu a začne se regulovat množství plynu pro dosažení vrstvy strusky o požadované tloušťce a konsistenci.