CZ200198A3 - Způsob zpracování ocelářských strusek - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování ocelářských strusek a popřípadě také nosičů železa, jako jsou strusky z elektrických pecí, strusky z konvertorů, prachy vznikajících při výrobě oceli, okuje z válcoven nebo sekundárních metalurgických zbytků.

Dosavadní stav techniky

Způsob výše zmíněného druhu je například popsán ve spisu WO 99/14381. U tohoto známého způsobu se ocelářské strusky spolu s nosiči železa a zejména společně s prachovou rudou redukují v železité lázni, aby se získala struska přijatelná pro životní prostředí. Za tímto účelem se kromě jiného také přidává SiO₂ nebo AI₂O₃ pro upravení vhodné zásaditosti strusky, přičemž přísada nosičů železa, například prachových rud, v prvé řadě sloužila k tomu, aby bylo možno účelně použít obtížně zpracovatelné a konvenčními způsoby obtížně redukovatelné výchozí materiály pro zlepšení hospodárnosti postupu. Vzhledem k relativně nízké tepelné vodivosti strusek a vzhledem k 1,5 až 2 násobné tepelné kapacitě proti železu, má pro hospodárné využití takových postupů zásadní význam dosažitelný přenos tepla, popřípadě stupeň dodatečného spalování. V každém případě je však třeba při takovém zpracování ocelářské strusky pro dosažení strusek přijatelných pro životní prostředí počítat s relativně vysokou spotřebou energie.

Cílem vynálezu je zlepšit postup podle výše uvedeného způsobu tak, aby se při zpracování strusek současně získaly cenné suroviny, čímž by byla zajištěna hospodárnost postupu přes zvýšenou spotřebu energie.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry způsob zpracování ocelářských strusek podle vynálezu, jehož podstat spočívá vtom, že se tekuté ocelářské strusky, popřípadě nosiče železa smíchají s chromovými rudami a/nebo s prášky obsahujícími chrom nebo nikl tak, aby se dosáhlo zásaditosti strusky 1,2 až 1,6, přičemž se teplota lázně udržuje vyšší než 1600 °C, zejména v rozmezí 1650 °C a 1800 °C až se vytvoří uhlíkatá Fe-lázeň, načež se struska a vytvořená ferochromová slitina odděleně odpichují. Tím, že se použijí rudy a/nebo prachy • · ·· •«« e * · o · · c * · « « · « · v · · · obsahující chrom nebo nikl, vzniká sice v podstatě nebezpečí, že dojde ke zvýšení obsahu oxidu chrómu ve strusce, který by opět mohl nežádoucím způsobem ovlivnit přijatelnost tímto způsobem zpracovávaných ocelářských strusek pro životní prostředí. Avšak tím, že se nyní pracuje s teplotou lázně přesahující 1600 °C, dochází k překvapujícímu jevu, že se získá struska s konečným obsahem chrómu hluboko pod úrovní 500 ppm a současné se chrom z takových chromových rud téměř kvantitativně převádí do železité lázně použité pro redukci. Aktivita chrómu v železité lázni se výrazně snižuje vytvářením karbidu chrómu a za tímto účelem je třeba vytvořit odpovídající železitou lázeň obsahující uhlík. Obsah uhlíku v železité lázni má přitom zpravidla být vyšší než 3% hmotnostních, aby bylo zajištěno, že dojde k žádoucímu vzniku karbidu chrómu a aby nedošlo ke zpětnému zastruskování redukovaného oxidu chrómu. Konečná koncentrace chrómu může v takto předřazené železité lázni s obsahem uhlíku dosahovat až 60% hmotnostních chrómu, takže vznikne velmi hodnotný čistý kov ve formě tak zvané ferochromové uhlíkaté slitiny, ve které může být obsah uhlíku až 9% hmotnostních. Hospodárnost tohoto způsobu je přes vysokou potřebu tepla výhodná vzhledem k tomu, že vzniká vysoce hodnotná slitina kovu, a zároveň vyráběná předslitina, kterou je možno používat v ocelárnách zpracovávajících ušlechtilé kovy, a jejíž výnos kryje veškeré výrobní náklady a náklady na energii spojené se struskou přijatelnou pro životní prostředí.

Pro způsob podle vynálezu je významná vysoká teplota přesahující 1600 °C, kterou je možno zajistit pouze přídavným spalováním. Dále musí být zajištěna přiměřeně rychlá výměna materiálu. Tyto podmínky je možno vhodným způsobem dodržet tak, že chromové rudy nebo prach obsahující chrom a/nebo nikl o velikosti zrn menších než 4 mm, s výhodou 0,5 až 2 mm, se pomocí dmýchací trysky vhánějí horkým vzduchem na . lázeň. Dmýcháním zrn chromových rud uvedené velikosti proudem horkého vzduchu odpovídající rychlostí je možno vytvořit velké turbulence, jimiž se lázeň vystaví intenzivnímu míchání. Důsledkem velkého relativního povrchu zrn a velké smykové síly působící mezi jednotlivými fázemi, zejména mezi plynnou fází, chromovými rudami, struskovou taveninou a taveninou kovu, jsou odpovídající časy pro výměnu energie a materiálu. Požadované úrovně teploty lze jednoduše dosáhnout tak, že se použije horký vzduch o teplotě v rozmezí 1200 °C až 1600 °C.

Pro zajištění odpovídajícího přídavného spalování se horký vzduch obohacuje kyslíkem do obsahu 25 až 40% hmotnostních, čímž může docházet k vhodnému předčasnému tuhnutí strusky při pokračujícím procesu redukce v důsledku smíchání ocelářských strusek s chromovou rudou, provedeném ve vlastní míchací nádobě. V této míchací nádobě je také možno upravovat odpovídající zásaditost, přičemž se směs strusek odpichuje například při teplotě asi 1750°C a může se zavádět do následujícího redukčního agregátu. Při tak vysokých vstupních teplotách strusek v redukčním konvertoru je dokonce možno upustit od obohacování proudu horkého vzduchu kyslíkem.

Výhodné je, míchají-li se tekutá ocelářská struska a chromové rudy ve struskové pánvi a elektricky se vytápějí zejména pomocí grafitových elektrod a ohřáté na teplotu vyšší než 1700 °C, s výhodou vyšší než 1750 °C, se přivedou na železitou lázeň, načež se železitá lázeň nauhličuje a dmýchá se na ni horký vzduch. Železitá lázeň zde má být málo nauhličená za účelem snížení počáteční rychlosti redukce, popřípadě má být zkujlována horkým vzduchem, čímž se současně zajišťuje i vysoká teplota lázně. Od výchozího obsahu C, například 0,8 až 1,5% hmotnostních v Fe-lázni, se v lázni teprve následným nauhličováním nastavuje obsah C, potřebný pro kvantitativní odloučení Cr.

Pro dosažení zvláště mírného vlivu na životní prostředí je vhodné u zpracovávané ocelářské strusky upravit zásaditost na 1,4 až 1,55.

Bezpečné promíchávání lázně lze zvláště jednoduchým způsobem provádět tak, že se horký vzduch s chromovými rudami, popřípadě s prachy obsahujícími chrom a/nebo nikl, směruje na lázeň rychlostí vyšší než 500 m/sec, nejlépe rychlostí 700 m/sec.

Jako ocelářské strusky přicházejí při provádění způsobu podle vynálezu s výhodou v úvahu strusky z ušlechtilých ocelí, jako vsázkový materiál však také mohou být použity strusky z LD, OBM, strusky z elektrických pecí, jakož i sekundární metalurgické zbytky. Chromové rudy mohou být alespoň zčásti nahrazeny prachem s vysokým obsahem chrómu a niklu, přičemž však je třeba minimalizovat zavádění fosforu.

Způsob podle vynálezu, kterým lze v lázni dosáhnout obsahu uhlíku až 9% hmotnostních, má výhodu spočívající v tom, že jím lze do značné míry vyloučit zpětné zanášení chrómu do strusky, přičemž při teplotách 1650 °C byl ve strusce pozorován obsah zbytkových oxidů chrómu nižší než 360 ppm.

	• · »· « ·· 9 • · · « · ·«« « 9 99 ···«··· · · 9
4	9 999999 9 * i · · · • · · · · · « 9 · • · · · · · ··· 9 9 9 9

Příklady provedení vynálezu

Vynález je dále podrobněji vysvětlen na základě popisu příkladného provedení.

Ocelářská struska následujícího složení:

Složka Podíl (%)

CaO	52
SiO2 AI2O3 FeO	31 3 4,5
Cr2O3	9

CaO/SiO₂ = 1,67 byla míchána s chromovou rudou o následujícím složení:

Chromová ruda (Transvaal)

Složka	Podíl (%)
Cr2O3	44,4
FeO	25,05
SiO2 MgO ai2o3	8,2 5,3 16,62

tak dlouho, až se dosáhlo cílové zásaditosti asi 1,5. Chromové rudy jsou zpravidla kyselé, takže přidáváním potřebného množství chromové rudy je možno dosáhnout odpovídající zásaditosti. Chromová ruda byla na taveninu nafoukávána s horkým olynem kopinatou tryskou rychlostí odpovídající rychlosti přivádění rudy. Vlastní redukce probíhala v několika vteřinách a závisela pouze na kinetice rozpouštění a tedy na velikosti zrn chromové rudy. Byla použita chromová ruda o velikosti zrn 0,5 ·♦ *« »· 9 99

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

999999 9 · · * ·· ♦ · 9 · 9 9 9 99

9· 99 99 9 999 99 až 2 mm, přičemž byl pro dosažení cílové zásaditosti asi 1,5 (CaO/SiO2) tryskán 1 hmotnostní díl ocelářské strusky s 0,442 hmotnostního dílu chromové rudy. Získaná smíšená struska obsahovala 69,35% hmotnostních ocelářské strusky a 30,65% hmotnostních chromové rudy a měla následující složení:

Smíšená struska

Složka

CaO

SiO₂ ai₂o₃

FeO

Cr₂O₃

MgO

Podíl (%)

7,2

10,8

19,85

1,63

CaO/SiO₂= 1,5

Tato smíšená struska byla plynule přiváděna na uhlíkovou železitou lázeň a redukována, čímž se získala struska následujícího složení:

Složka	Podíl (%
CaO	52,3
SiO2	34,8
ai2o3	10,5
MgO	2,4

Z 1 t smíšené strusky vzniklo 0,688 t cílové strusky. Současně vznikla vysoce kvalitní předslitina s následujícími kovovými podíly:

Fe

Cr

C %

%

8%

Tuto předslitinu je možno použít jako ve slévárně ušlechtilých ocelí.

• · ♦· ·· · · I· • · · * · ♦ · ·· ··· ·*·* ···· · · ······«··«*·· 6 <*♦······· • · φ · · · · · · «· · · c

Pro udržování potřebné pracovní teploty strusky, vyšší než 1600 °C, se zjistilo, že je výhodné přidávat do proudu horkého vzduchu uhelný prach a uhlí.

Ekonomická bilance tak může být zlepšena použitím velmi levného tepelného uhlí, ale také přídavkem těžkých olejů nebo zemního plynu.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zpracování ocelářských strusek a popřípadě nosičů železa, jako jsou strusky z elektrických pecí, konvertorů, prachy vznikající při výrobě oceli, okuje z válcoven nebo sekundární metalurgické zbytky, vyznačující se tím, že se tekuté ocelářské strusky, popřípadě nosiče železa smíchají s chromovými rudami a/nebo s prachem obsahujícím chrom nebo nikl tak, aby se dosáhlo zásaditosti strusky 1,2 až 1,6 přičemž se teplota lázně udržuje nad 1600 °C, zejména v rozmezí 1650 °C až 1800 °C, až se vytvoří uhlíkatá Fe-lázeň, načež se struska a vytvořená ferochromová slitina odděleně odpichují.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že chromové rudy nebo prach obsahující chrom a/nebo nikl o velikosti zrn menších než 4 mm, s výhodou 0,5 až 2 mm, se horkým vzduchem vhánějí na lázeň.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se použije horký vzduch o teplotě v rozmezí 1200 °C až 1600 °C.
4. 4. Způsob podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že se horký vzduch obohatí kyslíkem až na hodnotu 25 až 40% hmotnostních.
5. 5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se zásaditost zpracovávané strusky upraví na 1,4 až 1,55.
6. 6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se horký vzduch s chromovými rudami, popřípadě s prachy obsahujícími chrom a/nebo nikl, směruje na lázeň rychlostí proudu vyšší než 500 m/sec, zejména rychlostí 700 m/sec.
7. 7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že obsah uhlíku v Fe-lázni je udržován na množství vyšším než 3% hmotnostních.

   ft · ft · · * · ftft ft • » » ♦ · *·· « ··· • ftft* *·«··· • «·«··« · ft * * ·· • · · ft · ft ·· ftft ftft ftft «·· ft*···
8. 8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se tekutá ocelářská struska a chromové rudy smíchají ve struskové pánvi a jejich ohřev se provádí elektricky zejména použitím grafitových elektrod, načež se s teplotou vyšší než 1700 °C, s výhodou vyšší než 1750 °C, přivádějí na železitou lázeň, načež se železitá lázeň nauhličí a dmýchá se na ni horký vzduch.