CS262411B2

CS262411B2 - Process for the production of steel in converter

Info

Publication number: CS262411B2
Application number: CS832101A
Authority: CS
Inventors: Pieter Job Kreijger; Gerardus Phillipus Buhrmann
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1982-03-26
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1989-03-14
Also published as: ZA831771B; NL8201269A; IN156492B; BR8301571A; EP0090452A1; JPS58221214A; EP0090452B1; ES8402355A1; JPH0380844B2; CA1205289A; CS210183A2; KR840004170A; DE3373678D1; US4443252A; KR890002218B1; ES520935A0

Description

Vynález se týká způsobu výroby ocele v konvertoru, kde výchozí materiál obsahuje surové železo a železný šrot a při kterém se do kovové lázně v konvertoru fouká kyslík.

Je známo, že způsob výroby konvertorové ocele se řídí řadou chemických reakcí, například spalováním uhlíku (částečně jako CO a částečně jako CO2), spalováním fosforu, křemíku a manganu a spalováním železa. Přidáváním vápenaté strusky do konvertoru lze vzniklé kysličníky a také síru oddělit z ocelové lázně a absorbovat do vrstvy strusky.

Množství strusky, které lze zahrnout do obsahu konvertoru je stanoveno tepelnou rovnováhou různých reakcí, které proběhnou a požadovanou teplotou při odpichu. Zpravidla je šrot podstatně levnější než roztavené surové železo a je proto obvykle žádoucí pro dosažení nízkých nákladů co možná nejvíce používat železný šrot.

I když spalování fosforu, křemíku, manganu a železa přispívá к dosažení tepelné rovnováhy a přítomnost kysličníků vytvořených ve strusce má určité výhody, je účelné z ekonomických důvodů omezit spalování manganu a železa. Mezi jiným, pro urychlení konvertorového procesu, je tzv. dynamický rovnovážný stav, který vzniká v praxi z přítomnosti různých prvků v ocelové lázni a strusce, mnohem méně výhodný než teoretický termodynamický rovnovážný stav. Byly proto prováděny pokusy, aby byl nalezen způsob, při němž se omezí oxidace manganu a železa a zvýší se použití šrotu.

iTobubláváním inertního plynu lázní ode dna konvertoru, lze dosáhnout homogennější ocelové lázně, což se ukázalo, že má za následek nižší absorpci železa do strusky a snížení spalování manganu. Zejména u surového železa s nízkým obsahem fosforu však bylo zjištěno, že probublávací technikou lze opravdu snížit spalování železa a manganu, ale v mnoha případech se musí přijmout nižší použití šrotu, aby se dosáhlo požadované teploty odpichu.

Holandský patent č. 8 105 221 (evropská patentová přihláška č. 82 201 426) popisuje konstrukci, která umožňuje průchod inertního plynu porézním cihlovým dnem konvertoru.

V holandském patentu č. 8 104 474 (evropská patentová přihláška 82 201 165), je uvedena konstrukce trysky pro dmýchání kyslíku, která má kromě hlavní kyslíkové dmýchací trysky, výstupní otvory pro sekundární kyslík, který se dmýchá nad hladinu ocelové lázně. Je známo, že pomocí tohoto sekundárního kyslíku, lze převést větší množství CO vytvořeného z lázně na CO2, který přispívá к tepelné rovnováze s následnou možností zvýšení množství použité strusky.

Rovněž se navrhovalo přidávat do reakce během dmýchání kyslíku materiál obsahu jící uhlík, sloužící jako palivo a tak zvyšující teplotu lázně. Všeobecně se však zjistilo, že palivo obsahující uhlík přidávané tímto způsobem, se spaluje s malou tepelnou účinností.

Úkolem vynálezu je vytvořit způsob výroby ocele v konvertoru ze surového železa a železného šrotu, který umožňuje použít většího množství surového železa ve výchozím materiálu a zabraňuje většímu spalování železa a manganu.

Podstata způsobu výroby ocele v konvertoru, kde výchozí materiál sestává z nízkofosforečného surového železa a železného šrotu a do lázně roztaveného kovu v konvertoru se dmýchá kyslík podle vynálezu spočívá v tom, že se během dmýchání kyslíku provádí ve vzájemné kombinaci vhánění inertního plynu, dmýchání sekundárního kyslíku a přidávání uhlíku, kde inertní plyn se vhání do lázně dnem konvertoru během alespoň části doby dmýchání kyslíku s objemovým průtokem nižším než 2 Nm³. . h¹ na tunu ocele během počáteční doby dmýchání kyslíku do lázně a s objemovým průtokem 4 až 8 Nm³. h⁴ na tunu ocele během konečné fáze dmýchání kyslíku do lázně a sekundární kyslík se dmýchá do atmosféry nad lázní během alespoň části doby dmýchání kyslíku do lázně stejnou tryskou, přičemž výstup sekundárního kyslíku je 500 až 1 000 mm nad výstupním otvorem trysky a směřuje směrem dolů v úhlu 30 až 38° к podélnému směru trysky, a uhlík se přidává do reakce shora alespoň jednou během dmýchání kyslíku do lázně, přičemž inertním plynem, který se vhání dnem konvertoru do lázně je v počáteční době dmých-ání kyslíku dusík a v konečné fázi dmýchání kyslíku argon v množství 20 až 80 % obj.

Inertní plyn se vhání dnem konvertoru v nejméně jednom místě, ležícím při nové vyzdívce uvnitř stěny konvertoru ve vzdálenosti x od jeho vertikální osy, kde 0,35i r < < x < 0,45 r, přičemž r je vnitřní poloměr stěny konvertoru při nové vyzdívce.

Použití této kombinace umožňuje zvýšit množství použitého šrotu, které je překvapivě mnohem vyšší, než jak by se dalo očekávat z jednotlivých účinků těchto operací. Bylo zjištěno, že tato kombinace má za následek podstatné zvýšení tepelného účinku při spalování uhlíku přidávaného do reakce. Kombinace těchto tří operací nemá žádný škodlivý účinek na úsporu manganu a železa, kterou lze dosáhnout použitím probublávací techniky.

Bylo zjištěno, že zmíněné výhody lze dosáhnout zejména použije-li se jako výchozí materiál surové železo s nízkým obsahem fosforu, tj. surové železo obsahující okolo 0,2 % hmot. P.

Bylo také zjištěno, že právě tak jako u úspor železa a manganu, dosáhne sei zlepšení i v množství šrotu, které lze přidávat do vsázky, je-li průtok inertního plynu dmýchaného do lázně udržován na nízké úrovni (např. pod 2 Nm³. h^_1. t“¹) během začátku doby dmýchání kyslíku a během konečné fáze dmýchání kyslíku je průtok v rozsahu 4 až 8 Nm³. h^_1. t^_1.

Použije-li se dusík jako inertní plyn, absorpce nitrogenu do ocele může být značená zejména pokud se dusík dmýchá krátce před koncem dmýchání kyslíku. Z toho důvodu je výhodné, aby se dusík jako inertní plyn použil nejdříve během počáteční doby a argon potom po zbývajících 20 až 30 % doby dmýchání kyslíku se použil jako inertní plyn argon, tj. použít argon v době, kdy absorpce dusíku do ocele probíhá rychle.

Aby se dosáhlo dobré homogenizace .lázně probubláváním inertních plynů, je podle vynálezu výhodné, aby byl inertní plyn dmýchán do lázně dnem konvertoru v jednom nebo více bodech, které jsou umístěny ve vzdálenosti x, která je v. rozsahu 0,35 r až 0,45 r, kde r je vnitřní poloměr nové vyzdívky konvertoru.

Ve shora uvedeném holandském patentu číslo 8 104 474 je popsáno, jak lze dosáhnout nejlepších účinků použitím sekundárního kyslíku. Při kombinaci operací podle předloženého vynálezu se dává přednost tomu, aby sekundární kyslík byl dmýchán ve vzdálenosti 500 až 1000 mm nad hlavou hlavní kyslíkové trysky v úhlu 30° až 38° к podélnému směru trysky.

Levný, ale účinný způsob přidávání paliva obsahujícího uhlík do lázně je přidávání kousků antracitu o velikosti 7 a 50 mm.

Výhodná provedení vynálezu budou dále popsána na příkladech spolu se srovnávacími příklady a dalším vysvětlením, které umožní porozumět řešení podle vynálezu s odkazy na výkresy kde:

obr. 1 znázorňuje konvertor na výrobu ocele při použití způsobu podle vynálezu, obr. 2a a 2b jsou diagramy znázorňující dva různé pochody pro dmýchání plynu dnem konvertoru, na obr. 3 je graf, který znázorňuje účinek způsobu podle vynálezu na obsah manganu v lázni, na obr. 4 je graf, který zobrazuje účinek způsobu podle vynálezu na obsah železa ve strusce, obr. 5 znázorňuje graf absorpce dusíku do ocele, na obr. 6 je diagram, který znázorňuje účinek různých faktorů způsobu na množství šrotu, které je možné použít při výrobě ocele.

Obr. 1 znázorňuje ocelový konvertor, který je opatřen horním otvorem 2 a žáruvzdornou vyzdívkou 3. Znázorněný konvertor 1 je uveden pouze jako příklad a v praxi lze použít konvertor jakéhokoliv tvaru. Tryska 4 pro dmýchání kyslíku je do konvertoru vložena shora a ve dnu konvertoru jsou umístěny porézní cihly 5, spojené s přívodem β plynu. Tyto cihly 5 jsou uvedeny ve sho ra uvedeném holandském patentu číslo 8 105 221. Dmýcháním inertního plynu porézními cihlami 5 vznikají bubliny, které stoupají vzhůru obsahem lázně a mají míchací účinek.

Dmýchací tryska 4 je ukončena hlavou, která je opatřena otvory, kterými je primární kyslík 7 vháněn do lázně a ve vzdálenosti 500 až 1 000 mm nad touto hlavou jsou vytvořeny otvory, kterými se vhání sekundární kyslík 8 nad hladinu 9 ocelové lázně. Na obr. 1 je schematicky znázorněna nejvyšší hladina 10, ke které až může vystoupit napěněná struska. Konstrukce použité dmýchací trysky 4 je popsána v holandském patentu č. 8 104 474. V tomto případě, množství dmýchového sekundárního kyslíku je 15 % množství primárního kyslíku. Sekundární kyslík se dmýchá pod úhlem 38° к podélnému směru trysky 4.

S konvertorem podle obr. 1 a vsázkou o hmotnosti okolo 100 t se prováděla řada způsobů výroby ocele, aby se ověřily účinky různých výrobních technik. Do tohoto konvertoru bylo při všech příležitostech vloženo surové železo a struska podle tabulky

I.

Tabulka I — hodnoty vsázky

Surové železo: hmotnost 80 — 90 t Složení (% hmotnosti):

C ~ 4,5 %

Mn 0,6 až 0,8 %

P ~ 0,09 až 0,13 '%

S ~ 0,015 až 0,030 %

Si ~ 0,4 až 0,9 %

Ti ~ 0,7 až 0,11 %

Struska: hmotnost 16 až 30 t

Přísady:

během dmýchání kyslíku bylo přidáno následující:

vápník 3 500 až 4 5000 kg ruda 0 až 1 500 kg chladicí struska 500 až 2 000 kg kazivec 0 až 200 kg kyslík 333 Nm³.min^_1 (4 400 až 5 000 Nm³celkem)

S touto vsázkou byla nejprve provedena základní zkouška bez použití kyslíkové trysky, bez sekundárního přívodu kyslíku, bez dmýchání inertního plynu dnem konvertoru a bez přidávání uhlíku ústím konvertoru. Série čtyř zkoušek se prováděla čtyřmi způsoby (dále popsanými), z nichž v každém byl pozměňován nejméně jeden z faktorů: (a) použití kyslíku, (b) dmýchání inertního plynu dnem konvertoru, (c) přidávání uhlíku ústím konvertoru. Zejména v sérii zkoušek nazvaných „Způsob 1“, jediný do

I datek do základní zkoušky byl ten, že jsq dmýchal inertní plyn dnem ve velkém množství. V sérii zkoušek nazvaných ,,Způsob 2“, byl proces prováděn jako u „Způsobu l^u, ale celkové množství inertního plynu bylo sníženo a rychlost dmýchání plynu byla měněna. Zkoušky série nazvané „Způsob 3“ by ly jako u „Způsobu 2“, ale byla přidána kyslíková tryska opatřena přívodem sekundárního kyslíku. Zkoušky série nazvané jako „Způsob 4“ byly stejné jako u „Způsobu 3“, ale přidával se navíc během dmýchání kyslíku do reakce antracit. Tyto série zkoušek jsou shrnuty do následující tabulky II.

Tabulka II

Způsob Popis

1.	dmýchání inertního plynu dnem objemový průtok inertního plynu: celkové množství inertního plynu:	8,5 Nm³. min’¹
140	Nm na vsázku
2.	dmýchání inertního plynu dnem snížení objemového průtoku prvních 10 min. doby dmýchá-		Nm³. min^-1
	ní kyslíku: zvýšený objemový průtok po 10 min. do konce dmýchání	2
	kyslíku: celkové množství inertního	8,5	Nin³. min^-1
3.	plynu: jako u 2), ale s kyslíkovou tryskou, opatřenou otvory pro sekundární kyslík průtoková	70	Nm³ na vsázku
4.	rychlost sekundárního kyslíku: jako u 3), ale s přidáváním antracitu shora během čtvrté · ' - minuty dmýchání kyslíku v množství 1 t na vsázku	50	Nm³. min^-1

Pouze „Způsob 4“ má znaky způsobu podle vynálezu.

Rozdíl mezi „Způsobem 1 a 2“ je vysvětlen podrobněji na obr. 2a a 2b, kde vertikální směr zobrazuje množství inertního plynu přidávaného v různých časech během dmýchání kyslíku. V bodech А, В jsou udělány v procesu přestávky. Obr. 2a znázorňuje „Způsob l^ť‘, při němž se během celé doby dmýchání kyslíku lázní probublává inertní plyn o velkém množství. Obr. 2b znázorňuje „Způsob 2“, při němž se při prvních 10 minutách doby dmýchání kyslíku nechá vá probublávat plyn malým objemovým průtokem, který se potom zvýší. Toto způsobuje intenzívní promíchávání během konečné fáze dmýchacího procesu, přičemž celkově má inertní plyn mnohem nižší chladicí účinek na roztavenou lázeň.

V tabulce II jsou uvedeny výsledky ze série zkoušek „Způsob 1“ a porovnávací základní zkoušky.

Zkoušky byly rozděleny na ty, které byly prováděny s nízkým konečným procentem hmotnosti uhlíku (C = 0,1 °/o) a se středním obsahem uhlíku (C 0,1 až '0,5 %).

Tabulka III

kvalita způsob dmýchání	nízký obsah C porovnávací zkouška	způsob 1	střední obsah C
porovnávací zkouška	způsob 1
počet vsázek	45	22	32	50
obsah Fe v ocelové strusce
(°/o hmot.)	17,0	14,5	13,0	10,0
obsah Mn v oceli při odpichu
(% hmot.)	0,18	0,22	0,30	0,45
% tekuté kovové vsázky	73,3	78,3	73,7	79,3
nuda v kg	1 221	708	855	435
% tekuté kovové vsázky
neutralizované pro 500 kg rudy	71,9	77,9	73,0	79,4
CO2 (% hmot.)	12	8	12	8
Poznámky:

1. Procentem tekuté kovové vsázky je stanoven jak procentuální poměr hmotnosti tekutého surového železa к součtu. hmotnosti surového železa, šrotu, 68 % hmot, použité rudy a 80 % hmot, přísad do pánve.

2. Dané procento CO2 je vypočteno z tepelných a materiálových rovnovážných stavů vsázek.

Tabulka III jasně ukazuje účinek intenzity dmýchání inertního plynu dnem. Zejména podstatná zlepšení ve výtěžku manganu lze pozorovat, zatímco podstatně méně železa se ztrácí v ocelové strusce.

N,a druhé straně je zřejmé, že procento tekuté vsázky se musí značně zvýšit, aby se dosáhlo požadované teploty odpichu.

Vzhledem к rozdílu ceny strusky a roztaveného surového železa, představuje toto velké zvýšení ceny ocele.

V tabulce IV jsou uvedeny výsledky zkoušek „Způsobu 2“ s porovnávacími zkouškami bez použití jakéhokoliv dmýchání inertního plynu.

Tabulka IV kvalita nízký obsah C střední obsah C způsob dmýchání porovnávací Způsob 2 porovnávací Způsob 2 zkouška zkouška

počet vsázek	88	41	147	39
obsah Fe v ocelové strusce
[% hmot.)	17	31	13	10
obsah Mn v oceli při odpichu
[% hmot.)	0,20	0,25	0,30	0,38
% tekuté kovové vsázky	73,3	75,7	74,2	77,8
ruda kg	833	642	626	467
% kovové tekuté vsázky dané
pro 500 kg rudy	72,7	75,4	74,0	77,8
CO2 (°/o hmot.)	12	12	12	12

Tyto výsledky ukazují, že změna ve způsobu dmýchání inertního plynu nemá žádný účinek na výtěžek železa a manganu ve srovnání se „Způsobem 1“. Avšak procento tekuté kovové vsázky je lepší, i když stále není vyšší než u porovnávací zkoušky.

Tabulka V udává výsledky zkoušek „Způsobu 3“ a porovnávacích zkoušek, z kterých je patrný další účinek použití sekundárního kyslíku. Bylo zjištěno, že jscxu zde opět dobré výsledky výtěžku železa a manganu a dále procento tekuté kovové vsázky a množství požadované rudy je lepší. Tabulka udává obsahy Fe a Mn jako rozdíly od hodnot v· porovnávacích zkouškách.

Tabulka V

Kvalita způsob dmýchání nízký obsah C porovnávací způsob 3 zkouška střední obsah C porovnávací Způsob 3 zkouška

počet vsázek	. 88	5	147	11
obsah Fe v ocelové strusce
(°/o hmot.)		—14		—3
obsah Mn v oceli při odpichu
(°/o hmot.)		+0,05		+0,08
% tekuté kovové vsázky	73,3	74,0	74,2	74,5
ruda, kg	833	1000	626	774
°/o tekuté kovové vsázky dané
pro 500 kg rudy	72,2	73,0	74,0	73,9
CO2 (°/o hmot.)	12	15	12	15

Konečně pro sérii zkoušek podle ,,Způsobu bylo použito dmýchání inertního plynu dnem konvertoru a kyslíkové trysky se sekundárním přívodem kyslíku a dále se ještě přidávaly do konvertoru kousky antracitu ve čtvrté minutě dmýchání kyslíku. Je nutno poznamenat, že přidávání antracitu do vsázky konvertoru je technika sama o sobě známá a lze tak redukovat množství použitého surového železa asi o 2 % hmot. To ukazuje, že tepelná účinnost spalování antracitu je okolo 50 %.

V kombinaci s dmýcháním dnem a přidáváním sekundárního kyslíku, bylo překvapivě zjištěno, že se účinnost, kterou se teplo spalování antracitu využije v ocelové lázni zvyšuje na skutečně 100 °/o. Následkem toho lze procento tekuté kovové vsázky snížit více než o 5 % hmot. Dříve zjištěná zvýšení výtěžku železa a manganu nebyla ovlivněna přidáním antracitu.

V tabulce VI jsou vedeny výsledky „Způsobu 4^U, což je způsob podle vynálezu.

Tabulka VI kvalita způsob dmýchání nízký obsah C porovnávací Způsob 4 zkouška střední obsah C porovnávací Způsob 4 zkouška počet vsázek88 % hmot. Fe ve strusce a % hmot. Mn v oceli % hmot, kovové tekuté vsázky73,3 ruda, kg833 % hmot, tekuté kovové vsázky dané pro 500 kg rudy72,2

Srovnání tabulky VI s předcházejícími tabulkami jasně ukazuje, že způsobem 4 lze dosáhnout podstatné zvýšení výtěžku železa a manganu právě tak, jako významné zvýšení v možném množství strusky, které lze použít.

Protože použití šrotu je důležitý faktor v ekonomice výroby oceli, obr. 6 opět schematicky znázorňuje účinek různých faktorů procesu na spotřebu šrotu. Některé tyto výsledky byly získány z další série zkoušek, takže tento obrázek nelze porovnávat detailně s dříve uvedenými tabulkami. Pro různé podmínky a až f dané ve spodní části obrázku, zvýšení nebo snížení množství použité strusky v kg na tunu hmotnosti vsázky je označeno šrafováním. Podmínky procesu ř odpovídají vynálezu. Dále, horní část obrázku rovněž uvádí obsah CO2 v odtahovaných plynech, což označuje účinnost spalování uhlíku z procesu. Toto rovněž jasně ukazuje, že kombinace procesu f, tj. omezené dmýchání inertního plynu dnem, přidávání sekundárního kyslíku a přidávání an-

14714 jako v tabulkách 4 a 5

68,0 74,267,2

195 6761 056

66,8 73,866,2 tracitu dává největší zvýšení šrotu ve spojení s nejúplnějším spálením uhlíku z procesu. Procentuální zvýšení v použití šrotu je lepší, než by bylo možno očekávat z kombinace výsledků procesů d a e. Je zřejmé, že neočekávaný synergistický účinek je obsažen ve způsobu podle vynálezu.

Obrázky 3 a 4 znázorňují odděleně účinek dmýchání inertního plynu dnem konvertoru na výtěžek manganu a železa. Na obr. 3 je znázorněn výtěžek manganu jako vertikální osa. Zatímco horizontální osa dává procenta manganu podél stejné osy jako odpovídající % hmot, uhlíku. Výsledky pro případy, kdy se žádný plyn nedmýchá dnem jsou, tak dány čarou a v obrázku, zatímco výsledky, kdy se plyn dmýchá jsou znázorněny čarou b. Rozdíl mezi výškami čar a, b zobrazuje zlepšení výtěžku manganu pro různé obsahy uhlíku. V obr. 4 obě osy udávají obsah železa v procentech ve strusce, v případě horizontální osy bez dmýchání plynu dnem. Dmýchá-li se plyn dnem, naměřené výsled262411 ky obsahu Fe ve strusce jsou znázorněny čarou b. Rozdíl mezi čarami a, b znázorňuje snížení množství železa, které se ztratí do strusky. Obr. 5 znázorňuje, jak se během dmýchání dusíku dnem konvertoru absorbuje dusík do oceli. Horizontální osa představuje počet minut před koncem dmýchání kyslíku a vertikální osa udává množství dusíku absorbovaného ocelí. Z toho je patrné, že podstatná absorpce dusíku nastává pouze asi 5 minut před koncem dmýchání kyslíku, takže se doporučuje, aby v této době bylo přivádění dusíku nahrazeno přiváděním argonu.

Claims

PŘEDMĚT

1. Způsob výroby ocele v konvertoru, kde výchozí materiál sestává z nízkofosforečného surového železa a železného šrotu a do lázně roztaveného kovu v konvertoru se dmýchá kyslík, vyznačený tím, že se během dmýchání kyslíku provádí ve vzájemné kombinaci vhánění inertního plynu, dmýchání sekundárního kyslíku a přidávání uhlíku, kde inertní plyn se vhání do lázně dnem konvertoru během alespoň části doby dmýchání kyslíku v objemovém .průtoku. nižším než 2 Nm³.h^_1 na tunu ocele během počáteční doby dmýchání kyslíku do lázně a s objemovým průtokem až 8 Nm³. h^_1 na tunu ocele během konečné fáze dmýchání kyslíku do lázně a sekundární kyslík sé dmýchá do atmosféry nad lázní během alespoň části doby dmýchání kyslíku do lázně stejnou trys-

VYNALEZU kou, přičemž výstup sekundárního kyslíku je 500 až 1 000 mm nad výstupním otvorem trysky a směřuje směrem dolů v úhlu 30 až 38P к podélnému směru trysky a uhlík se přidává do reakce shora alespoň jednou během doby dmýchání kyslíku do lázně, přičemž inertním plynem, který se vhání dnem konvertoru do lázně je v počáteční době dmýchání kyslíku dusík a v konečné fázi dmýchání kyslíku argon v množství 20 až 80 % obj.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že inertní plyn se vhání dnem konvertoru v nejméně jednom místě, ležícím při nové vyzdívce uvnitř stěny konvertoru ve vzdálenosti (x) od jeho vertikální osy, kde 0,35 r < x < 0,45 r, přičemž (r) je vnitřní poloměr stěny konvertoru při nové vyzdívce.