CZ2000649A3

CZ2000649A3 - Způsob snížení obsahu křemíku v surovém železe před jeho zkujněním na ocel

Info

Publication number: CZ2000649A3
Application number: CZ2000649A
Authority: CZ
Inventors: Alfred Edlinger
Original assignee: "Holderbank" Financiere Glarus Ag
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-13

Abstract

Způsob snížení obsahu křemíku v surovém železe před jeho zkujnění na ocel, kdy se tekutá ocelářská struska s obsahem křemíku odpovídajícím jeho obsahu v surovém železe a s obsahem kysličníku železnatého a/nebo oxidu chrómu odpovídajícím jejich obsahu ve strusce po odpichu z vysoké pece, přivede do lázně se surovým železem odpíchnutým z vysoké pece, přičemž její množství je takové, že obsah křemíku v surovém železe odpíchnutým z vysoké pece, přičemž její množství je takové, že obsah křemíku v surovém železe se udržuje pod 0,5 % hmotnostními při současném nárůstu obsahu oxidu křemičitého ve strusce při redukci kysličníku železnatého a/nebo oxidů chrómu ve strusce, přičemž se udržuje teplota lázně složené ze strusky a železa pod 1500 °C.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu snížení obsahu křemíku v surovém železe před jeho zkujněním na ocel.

Dosavadní stav techniky

Surové železo z vysokých pecí obsahuje zpravidla 0,4 až 5,8 % hmotnostních křemíku a přes 4 % hmotnostních uhlíku. Při zkujnění křemík oxiduje na SiO₂ a uhlík na CO, přičemž v průběhu zkujňování nelze zamezit vzniku okují v důsledku přívodu kyslíku. Při zkujňování vzniklá struska je zpravidla silně bazická, neboť se musí přidat poměrně velké množství vápníku, který je částečně neutralizován vznikajícím SiO₂. Vysoká bazicita takovýchto ocelářských strusek stejně jako vysoký podíl železa, kysličníku železnatého a oxidů chrómu, a zároveň i oxidů těžkých kovů nedovolují bezprostřední použití ocelářské strusky z důvodů možné toxicity. Zatímco vysokopecní strusky mají příznivé hydraulické vlastnosti a podstatně snížený obsah kysličníku železitého a proto může být snadněji zhodnocována jako základní stavební materiál, představuje očištění ocelářských strusek problémy, protože ocelářské strusky o zmíněném složení, t.zn. bez dodatečného metalurgického zpracování není možno využít ve stavebnictví nebo v podobných oblastech. Metalurgická úprava ocelářské strusky je však spojena s vysokou spotřebou energie a vysokými investicemi.

Ze spisu EP 666 930 je znám postup, kdy je ocelářská struska použita ke zkujnění surového železa. U tohoto známého způsobu se využije vysokého podílu kysličníku železnatého u tekuté ocelářské strusky ktomu, aby se zkujnilo tekuté surové železo s relativně vysokým obsahem uhlíku a křemíku. Kysličník železnatý reaguje s uhlíkem resp. karbidem železa na železo a CO, přičemž kysličník železnatý reaguje zároveň s křemíkem z lázně surového železa na železo a SiO₂. Tyto reakce jsou relativně silně exotermické a při doporučené dlouhé reakční době může být bezprostředně získána surová ocel, přičemž parametry strusky, zvláště v oddělených konvertorech, mohou být přídavkem CaCO₃, Al₂ O₃ a/nebo SiO₂optimalizovány pro následující použití strusky jako hydraulicky aktivního pojivá.

² .· . ·· ··.. ·..· ·..·.·· ···· ·· ·

Při zkujňování surového železa vzniká zvláště u surové oceli s vysokým obsahem křemíku ne nepodstatné množství SiO₂ , které vede ke zvýšení nutného přídavku vápníku při zkujňování.

Cílem vynálezu je lépe využít tepelnou bilanci při reakci surového železa s ocelářskou struskou a zároveň zajistit výchozí produkt pro následující zkujňování a zvláště snížit přídavek vápníku a zároveň zvýšit výtěžnost železa.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry způsob snížení obsahu křemíku v surovém železe před jeho zkujněním na ocel podle vynález, jehož podstata spočívá v tom, že se tekutá ocelářská struska s obsahem Si odpovídajícím jeho obsahu v surovém železe a s obsahem kysličníku železnatého a/nebo oxidů chrómu odpovídajícím jejich obsahu ve strusce po odpichu z vysoké pece, přivede do lázně se surovým železem odpíchnutým z vysoké pece, přičemž její množství je takové, že obsah Si v surovém železe je udržován pod 0,5 % hmotnostními při současném nárůstu obsahu SiO₂ ve strusce při redukci kysličníku železnatého a/nebo oxidů chrómu ve strusce, přičemž se udržuje teplota lázně složené ze strusky a železa pod 1500 °C. Tím, že se dávka ocelářské strusky zredukuje resp. přizpůsobí s přihlédnutím ke speciální analýze hodnot a proběhne pouze v takovém rozsahu, který vede k nejrozsáhlejšímu poklesu obsahu křemíku v surovém železe se získá možnost redukovat při následujícím zkujňování množství vznikajícího oxidu křemíku a tím zajistit potřebnou bazicitu ocelářských strusek přídavkem menšího množství vápníku. Tím, že se ocelářská struska smíchá bezprostředně s tekutým surovým železem odpíchnutým z vysoké pece a případně i s vysokopecní struskou, může vysokopecní struska posloužit ke zředění a tím i utlumení oxidativních reakcí. Omezení na zkujnění křemíku bez zvláštního poklesu obsahu uhlíku dovolí uplatnění konveční výroby oceli bez výraznějších modifikací s výjimkou snížení potřeby vápníku. Současně se snížením obsahu křemíku mohou být redukovány obsahy kysličníku železnatého a oxidů chrómu u ocelářské strusky v exotermické reakci, přičemž vzniká výhodná tepelná bilance. Při této reakci, např. v pánvi, která se provádí za minimálních investičních nákladů se dá při zkujňování křemíku získat teplo asi 610 MJ na tunu strusky. Tepelné ztráty pánve v důsledku konvekce nebo sálání jsou asi 160 MJ/tunu strusky, takže celkový tepelný přebytek je asi 450 MJ/t strusky. Na základě této tepelné bilance je např. možné přidat do surového železa před vsázkou do zkujňovacího konvertoru i přídavek např. AI₂O₃ v pevné formě, který významně zlepší možnost uplatnění strusky jako hydraulického pojivá. K ohřevu 100 kg. AI2O3 na tunu strusky je třeba tepla asi o. hodnotě 200 MJ, což může být pokryto výše zmíněným přebytkem. Stále zbývající přebytečná entalpie se může použít např. k tomu, aby se dal do směsné nebo torpédové pánve přidat šrot nebo se může upustit od dodatečného ohřevu směsné pánve. Určení potřebných množství ocelářské strusky na dosažení potřebné konečné hodnoty křemíku tím dovolí velmi ekonomický provoz, kterým není nijak ovlivněn následující proces výroby oceli, ale naopak se tento v důsledku nižšího obsahu SiO₂ při zkujňování oceli ještě zlepší. Současné smísení s případně přítomnou vysokopecní struskou v korytě nebo směsné pánvi se surovým železem vede v důsledku zředění ke zpomalení reakční rychlosti a tím ke zpomalení zkujňovací entalpie, přičemž se ale zároveň kvalita strusky, která již byla vylepšena tím, že byly redukována obsahy kysličníku železnatého a oxidů chrómu reakcí na tekuté kovy, zvyšuje a usnadní se její další spalování nebo použití.

Ve výhodném provedení se obsah Si v surovém železe udržuje pod hodnotou 0,2 % hmotnostních.

V jiném výhodném provedení se ocelářská struska přivede do směsné pánve se surovým železem nebo do torpédové pánve.

U jiného výhodného provedení se ocelářská struska přidává v množství, které je menší než polovina, s výhodou než čtvrtina množství vysokopecní strusky. Takto se zajistí pozitivní tepelná bilance. Omezení množství ocelářské strusky zároveň umožní brát ohled na problematiku žárovzdornosti, protože takto se dá nastavit požadovaná bazicita strusky na počátku. Namísto vysokopecní strusky se dá samozřejmě přidat zbývající redukovaná struska v odpovídajícím množství.

U dalšího výhodného provedení se společně se struskou přidává AI₂0₃v množství 50 až 180 kg/t strusky. Pozitivní tepelná bilance dovoluje i roztavení takového přídavku, takže se zajistí optimální složení produktu určeného jako hydraulické pojivo.

Ve výhodném provedení se přídavek strusky provádí přes regulovatelný dávkovač, který je ovládán v závislosti od složení ocelářské nebo vysokopecní strusky.

Reakční rychlost a úplná reakce se dají vylepšit tak, že do z vysoké pece odpíchnuté směsi surového železa a strusky se přivádí inertní plyn, zvláště dusík.

·· ··♦ ·

Ve výhodném provedení se regulace teploty pod 1 500 °C provádí vefukováním inertních plynů do koryta na které se přivádí ocelářská struska resp. směs strusek.

V dalším výhodném provedení se regulace teploty pod 1 500 °C provádí přídavkem studených přísad a/nebo šrotu.

Směsné pánve na surové železo slouží v integrovaných hutních provozech jako mezipánve na podržení surového železa mezi vysokou pecí a konvertorem, přičemž kapacita takových pánví odpovídá většinou denní produkci závodu. Uskladnění takové denní produkce ve směsné pánvi slouží zároveň k vyrovnávání kvality surového železa. Namísto této směsné pánve se používají i mobilní torpédové pánve, kdy se promíchávání podporuje stálým vykyvováním obsahu během transportu od vysoké pece k ocelárně. Do takových torpédových pánví se s výhodou ukládá tekutá struska určená k redukci a pak se zalije surovým železem z vysoké pece, čímž se zajistí vysoká turbulence a intenzivní reakce.

Ocelářskými struskami do surového železa přivedený fosfor zastruskovatí následovným oxidativním zkujňováním. Další možností jak oddělit fosfor spočívá v jeho redukci v lázni ze surového železa za reduktivních podmínek. Toto se děje přidáním karbidu vápenatého nebo jemného páleného vápna. Struska s vysokým obsahem fosforu se může přeměnit dodatečným oxidativním ošetřením na hodnotné hnojivo bez chrómu.

V zásadě se dá přidat ke kyselým přísadám, jako je AI2O3 či SiO₂ celá řada příměsí, jako je např. ocelářský prach a další hutní materiály obsahující silikáty či alumináty a to v důsledku dobré tepelné bilance, protože se tím podstatně sníží bazicita ocelářské strusky. Přísady obsahující SiO₂ však musejí být ve srovnání k běžným způsobům zpracování strusky přidávány v podstatně menších množstvích, protože SiO₂ vzniká bezprostředně při styku ocelářské strusky s lázní surového železa. Je výhodné když je surové železo částečně odsířeno v důsledku obsahu CaO ve strusce.

Způsob podle vynálezu se dá provádět s výhodou ve speciálně upraveném zařízení. Je jím především přítomnost koryta pro surové železo, kdy na dně jsou propustné kameny či přívody inertního plynu do kterého ústí dávkovači zařízení, přičemž za korytem následuje oddělovací pánev k oddělení strusky a železné lázně. Pomocí takového koryta, do kterého se mohou přidávají požadované přísady k ochlazení, se dají vlivem přívodu inertních plynů, zvláště dusíku, zvýšit turbulence, takže se dosáhne lepšího promíchání zároveň s lepším odvodem tepla. Nasycení • · • · koryta plynem tak zajistí, že nemůže docházet k lokálnímu přehřátí a že se teplota spolehlivě udrží pod hodnotou 1 500 °C.

Zařízení je dále vylepšeno tak, že koryto ústí do trychtýře navazujícího na trubku, která ústí pod hladinou železné lázně v oddělovací pánvi. Pomocí této trubky se zvýší redukční cesta, kterou urazí kapky strusky a zajistí se úplná reakce. Alternativně lze dosáhnout intenzivního promíchání také tak, že se koryto vytvoří jako kaskáda, kdy bude přepad strusky u následujícího kaskádového stupně pod rovinou přívodu železné lázně z předcházejícího kaskádového stupně.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr.1 představuje schematický pohled shora na zařízení k provádění způsobu podle vynálezu a obr.2 znázorňuje schematický pohled na totéž zařízení, částečně v řezu.

Příklad provedení vynálezu

Na obr.1 je schematicky naznačena strusková pánev 1 s ocelářskou struskou a druhá pánev 2 se surovým železem. Ze struskové pánve 1 stažená struska a z druhé pánve 2 stažené surové železo se dostanou přes dávkovače 3 do koryta 4 do oddělovací pánve 5, kde se ocelová lázeň oddělí od strusky.

Na obr.2 jsou zřejmé detaily tohoto zařízení. Na struskovou pánev 1 navazuje strusková mezipánev 6 s uzávěrem 7. Ocelářská struska se dostane do koryta 4, přičemž z obrázku je zřejmé, že se otvory 8 ve dně koryta 4 přivádí pod tlakem inertní plyn, zvláště dusík. Do koryta 4 je, jak je schematicky znázorněno na obr.1, přiváděn zvláštní proud surového železa a potom případně míchán se struskou.

V materiálu v korytu 4 dochází k výraznému vyvažování křemíku a tento materiál se dostává trychtýřem 9 ponorné trubky 10, která ústí pod hladinou železné lázně 11 v oddělovací pánvi 5. Stále více do kapek rozdělená struska se dále redukuje a na hladině železné lázně H v oddělovací pánvi 5 plave nechromanová struska 12, která se stáhne zvlášť.

Koryto 4 lze ustavovat co se týče sklonu pomocí odpovídajícího hydraulického zařízení 13, přičemž lze nastavit zároveň s tlakem inertního plynu intenzitu provzdušňování koryta 4 a taktéž rychlost toku a turbulenci, aby se dosáhlo optimálního odvodu tepla, takže lze bezpečně nastavit žádané omezení teploty při reakcích. Teplota pod 1500 °C lze udržovat i pomocí neznázorněného zásobníku studeného vzduchu nad korytem 4 .

Příklad

Byla použita konvertorová struska o následujícím složení:

Složka	% podíl
p₂o₅	1,65
CaO	49
AI2O3	0,81
SiO₂	15,6
MnO	3,35
FeO	22,8
MgO	2,2
Cr₂O3	0,2
CaO/SiO₂	3,14

Ve směsné pánvi pro surové železo mělo surové železo 1 % hmot. Si a 4,6 % hmot.

C. Na 1 tunu surového železa se použilo 150 kg běžné konvertorové strusky . Běžné znamená, že bazicita CaO/SiO₂ byla v pánvi snížena na úroveň 3,14 a obsah AI₂O₃ byl zvýšen na 10 %.

Křemíková bilance % hmot. Si v surovém železe (což je 10 kg Si na tunu surového železa) doplňovaly ostatní složky takto:

P2O5 - 16,5 kg/t konvertorové strusky MnO - 35,3 kg/t konvertorové strusky FeO - 228 kg/t konvertorové strusky

Cr₂O3 - 2 kg/t konvertorové strusky

150 kg běžné konvertorové strusky bylo přivedeno do lázně surového železa, takže na 1 t surového železa byly struskové složky zredukovány následovně:

P₂O₅ - 1,98 kg/t surového železa

MnO - 4,23 kg/t surového železa

FeO - 27,36 kg/t surového železa

Cr₂O₃ - 0,24 kg/t surového železa ♦··· ·· ····

44

Surové železo s křemíkem redukovalo nyní výše uvedené složky strusky následovně:

p₂0₅	+	5 Si -	5 SiO₂	+	4 P
MnO	+	Si -	S1O2	+	2 Mn
FeO	+	Si -	S1O2	+	2 Fe
ΟΓ2Ο3	+	3 Si -	3 SiO₂	+	4 Cr

Tím se objevila následující potřeba křemíku:

P₂O₅ 0,97 kg Si

MnO 0,85 kg Si

FeO 5,20 kg Si

Cr2O3 0,07 kg Si celkem 7,98 kg Si

Toto surové železo obsahovalo 10 kg Si/t surového železa (1 % hmotnostní v surovém železe), takže v surovém železe bylo po reakci 2 kg Si/t surového železa čili 0,2 % hmot. Si. Redukce strusky pomocí křemíku je exotermická, takže ktéto operaci není zapotřebí žádná dodatečná energie.

Redukcí strusky se vytvořil S1O2 v následujících množstvích:

- z P2O5 redukováno: z MnO redukováno

- z FeO redukováno z Cr2O3 redukováno

2,1 kg SiO₂

I, 8 kg S1O2

II, 5kg SiO₂0,14 kg SiO₂ celkem

14,5 kg SiO₂ «· ··· ·

·· ····

Tím se získala následující průběžná analýza strusky:

Složka podíl v % hmot.

CaO 70,8

AI2O3 1,2

SiO₂ 25

MgO 3

CaO/SiO₂ 2,8

Takováto průběžná analýza strusky už vykazuje sníženou bazicitu strusky a další externí korektury SiO₂ lze dosáhnout přídavkem 250 kg S1O2 na tunu strusky, takže celkový obsah S1O2 bude 44 % hmot. a hodnota bazicity CaO/SiO2 dosáhne 1,6. Obsah AI2O3 ve strusce byl zvýšen na 10 % hmot., což však probíhalo ve směsné pánvi na surové železo nebo v tzv. torpédové pánvi.

Zvýšení obsahu AI2O3 sloužilo v první řadě ke zlepšení počáteční pevnosti z takové strusky vyrobeného hydraulického pojivá.

Celkově byl při využití postupu podle vynálezu jen malý dodatečný investiční náklad a prakticky žádná potřeba dodatečné energie. Také byl podstatně menší přídavek S1O2 , protože v průběhu způsobu dostatečně klesla bazicita v důsledku přítomného SiO₂ vzniklého zkujňováním Si.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob snížení obsahu křemíku v surovém železe před jeho zkujněním na ocel vyznačující se tím, že se tekutá ocelářská struska s obsahem Si odpovídajícím jeho obsahu v surovém železe a s obsahem kysličníku železnatého a/nebo oxidu chrómu odpovídajícím jejich obsahu ve strusce po odpichu z vysoké pece, přivede do lázně se surovým železem odpíchnutým z vysoké pece, přičemž její množství je takové, že obsah Si v surovém železe je udržován pod 0,5 % hmotnostními při současném nárůstu obsahu S1O2 ve strusce při redukci kysličníku železnatého a/nebo oxidů chrómu ve strusce, přičemž se udržuje teplota lázně složené ze strusky a železa pod 1500 °C.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsah Si v surovém železe se udržuje pod hodnotou 0,2 % hmotnostních.
3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ocelářská struska se přivede do směsné pánve se surovým železem nebo do torpédové pánve.
4. Způsob podle nároků 1,2 nebo 3, vyznačující se tím, že ocelářská struska se přidává v množství, které je menší než polovina, s výhodou než čtvrtina množství vysokopecní strusky.
5. Způsob podle jednoho z nároků 1až 4, vyznačující se tím, že se společně se struskou přidává AI2O3 v množství 50 až 180 kg/t strusky.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1až 5, vyznačující se tím, že přídavek strusky se provádí přes regulovatelný dávkovač, který je ovládán v závislosti od složení ocelářské nebo vysokopecní strusky.
7. Způsob podle jednoho z nároků 1až 6, vyznačující se tím, že do z vysoké pece odpíchnuté směsi surového železa a strusky se přivádí inertní plyn, zvláště dusík.

·· ···· • ••ft „ÍV..2C0O-&η • · • · • · • ·
8. Způsob podle jednoho z nároků 1až 7, vyznačující se tím, že regulace teploty pod 1 500 °C se provádí vefukováním inertních plynů do koryta na které se přivádí ocelářská struska resp. směs strusek.
9. Způsob podle jednoho z nároků 1až 8, vyznačující se tím, že regulace teploty pod 1 500 °C se provádí přídavkem studených přísad a/nebo šrotu.