CZ20032954A3 - Process for producing liquid steel from solid charge and apparatus for making the same - Google Patents

Process for producing liquid steel from solid charge and apparatus for making the same Download PDF

Info

Publication number
CZ20032954A3
CZ20032954A3 CZ20032954A CZ20032954A CZ20032954A3 CZ 20032954 A3 CZ20032954 A3 CZ 20032954A3 CZ 20032954 A CZ20032954 A CZ 20032954A CZ 20032954 A CZ20032954 A CZ 20032954A CZ 20032954 A3 CZ20032954 A3 CZ 20032954A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
metal
slag
melting
rotary
rotary kiln
Prior art date
Application number
CZ20032954A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ295780B6 (en
Inventor
Milan Ing. Csc. Raclavský
Milan Ing. Csc. Adelt
Vlastimil Ing. Csc. Moulis
Pavel Ing. Mba. Gora
Original Assignee
Milan Ing. Csc. Raclavský
Milan Ing. Csc. Adelt
Vlastimil Ing. Csc. Moulis
Pavel Ing. Mba. Gora
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Milan Ing. Csc. Raclavský, Milan Ing. Csc. Adelt, Vlastimil Ing. Csc. Moulis, Pavel Ing. Mba. Gora filed Critical Milan Ing. Csc. Raclavský
Priority to CZ20032954A priority Critical patent/CZ295780B6/en
Publication of CZ20032954A3 publication Critical patent/CZ20032954A3/en
Publication of CZ295780B6 publication Critical patent/CZ295780B6/en

Links

Landscapes

  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

In the present invention, there is disclosed a process for producing molten steel from a solid charge using fossil fuels and in conditions of intensified heat transfer wherein the process is characterized in that the solid charge, such as scrap, pig iron, direct reduction products and optionally iron oxides of natural origin or waste of preceding iron manufacture, is first melted by means of fossil fuel oxygen burner (13) within a set (1) of rotary furnaces (2). The melt is controlled according to method of dephosphorization and tapped with the required carbon content and oxygen activity. Carbon content in the metal is controlled during the process course by one of the below specified methods: pouring onto the metal surface, injecting into the metal volume and injecting gaseous or liquid hydrocarbons into the metal volume. For ensuring dephosphorization of the molten metal outside the melting set, the carbon content should be above 0.15 percent by weight and oxygen activity below 0.02 percent by weight. In case the dephosphorization is carried out within the rotary furnace (2), the slag formed during the dephosphorization process is separated from the metal prior another, usually reduction operation. In all variants, the finish of the melt treatment is carried out outside the melting sets within a converter (5) or in secondary metallurgy (6). Disclosed is also apparatus for making the process wherein such apparatus comprises at least two rotary furnaces (2) arranged to form a set (1). The rotary furnace (2) consists of a vessel (11) with a jacket (26), two convex faces (12, 19) and an internal refractory lining (27). At its ends, in the direction of its longitudinal axis (30), the furnace (2) is provided with openings. The first opening serves for inserting therein a fossil fuel oxygen burner (13) being either fixed and excludes so the control of the flame direction or movable enabling flame direction control. Equipment for injecting, such as injecting nozzle (14) of carbon or other additives particularly slag forming additives, is added to the burner opening. This additional equipment is either stationary or movable enabling so change of tilting angle. The additional injecting equipment construction is either integral with the burner (13) or independent equipment enabling quick exchange. The other opening is connected with venting, whereby one of the openings is at the same time the solid charge charging opening. Further, the rotary furnace (2) is provided with at least one eccentric metal or slag tap hole, whereby the whole vessel (11) is inclined in transverse direction to the axis (30) of rotation. Tapping of the furnaces (2) arranged to a set (1) is carried out in accordance with required melting period successively from one or several rotary furnaces (2) in a single ladle (4) either directly or through the mediation of a system of pouring spouts (25).

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu a zařízení k výrobě tekuté oceli z pevné vsázky pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifikovaného přestupu tepla. Řeší zvýšení celkové tepelné účinnosti tavení kovonosných surovin při snížení investiční náročnosti procesu a v některých případech rovněž snížení emisí skleníkových plynů.The present invention relates to a method and apparatus for producing liquid steel from solid feed by means of fossil fuels under conditions of intensified heat transfer. It addresses an increase in the overall thermal efficiency of the melting of metal-bearing raw materials while reducing the investment cost of the process and, in some cases, reducing greenhouse gas emissions.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Je znám způsob výroby tekuté oceli z pevné vsázky, takzvaný Siemens Martinův proces, který využívá regenerativního způsobu využití tepla spalin pro ohřev dmýchaného vzduchu a tím pomáhá zvýšit teplotu plamene. Tento proces umožňuje výrobu oceli nezávisle na dodávce tekutého surového železa.There is a known method for producing liquid steel from a solid charge, the so-called Siemens Martin process, which uses a regenerative method of utilizing the heat of the flue gas to heat the blown air, thereby helping to raise the flame temperature. This process allows the production of steel independently of the supply of molten pig iron.

Nevýhodou tohoto způsobu je poměrně nízká rychlost fyzikálně chemických dějů. Další nevýhodou je nepříznivý vliv na životní prostředí.The disadvantage of this method is the relatively low rate of physico-chemical processes. Another disadvantage is the adverse impact on the environment.

Dále je znám proces tavení pevné vsázky v elektrických obloukových pecích (EOP). Procesy v elektrických obloukových pecích byly postupně intenzifikovány a to zejména ve dvou směrech, jednak ve zvyšování elektrického výkonu pece a jednak zavádění kyslíku a fosilních paliv. Další zkrácení doby tavby bylo umožněno zavedením sekundární metalurgie a přenesením části metalurgických operací mimo tavící agregát.Furthermore, the process of melting solid charge in electric arc furnaces (EOP) is known. The processes in electric arc furnaces were gradually intensified, especially in two directions, both in increasing the electric power of the furnace and in the introduction of oxygen and fossil fuels. Further shortening of the melting time was made possible by the introduction of secondary metallurgy and the transfer of part of the metallurgical operations outside the melting aggregate.

Při růstu podílu recyklovaného materiálu na celkové výrobě oceli roste i podíl elektrických obloukových pecí. Hlavním trendem vývoje těchto pecí je náhrada elektrické energie fosilními palivy. Současný stav je dodávka v rozmezí 20 až 50 % energie ve formě fosilních paliv a zbytek ve formě elektrické energie.As the share of recycled material in total steel production increases, so does the share of electric arc furnaces. The main trend in the development of these furnaces is the replacement of electricity by fossil fuels. The current situation is in the range of 20 to 50% of energy in the form of fossil fuels and the rest in the form of electricity.

Nevýhodou výroby oceli v elektrických obloukových pecích (EOP) je, že vysoká intenzita procesů v moderní elektrické obloukové peci si vyžaduje ochranu stěn pece vodou chlazenými panely, které snižují energetickou účinnost pece. Také nevýhodou je poměrně krátký retenční čas zplodin hoření v peci, interakce produktů hoření s obloukem a nedostatečné utěsnění pece, což má za následek další snížení účinnosti elektrické obloukové pece. Energetická účinnost přeměny elektrické energie na tepelnou energii pro tavení v elektrické obloukové peci je poměrně velmi vysoká. Do celkové energetické bilance je však —Λ nutno započíst i účinnost výroby elektrické energie z fosilních paliv, která v závislosti na způsobu výroby elektrické energie se pohybuje v rozmezí od 30 do 55 %.A disadvantage of EOP steel production is that the high process intensity in a modern electric arc furnace requires protection of the furnace walls with water-cooled panels that reduce the energy efficiency of the furnace. A disadvantage is also the relatively short retention time of the combustion products in the furnace, the interaction of the combustion products with the arc and the inadequate sealing of the furnace, resulting in a further reduction in the efficiency of the electric arc furnace. The energy efficiency of converting electrical energy to thermal energy for melting in an electric arc furnace is relatively high. However, the efficiency of fossil fuel power generation, which varies from 30 to 55% depending on the method of electricity generation, must also be included in the overall energy balance.

Posledním v praxi používaným postupem pro tavení slitin na bázi železa je rotační pec používaná ve slévárnách. Tento proces používá jako zdroj tavení fosilní palivo a intenzifikuje přestup tepla mícháním a kombinací několika mechanismů. Tento proces je však omezen na nízké hodinové výkony. Dalším omezením je vysoký obsah uhlíku a křemíku v tavenině a z toho vyplývající odlišná vyzdívka nepoužitelná pro ocelářský proces.The last method used for melting iron-based alloys is the rotary kiln used in foundries. This process uses fossil fuel as a source of melting and intensifies the heat transfer by mixing and combining several mechanisms. However, this process is limited to low hourly performance. Another limitation is the high carbon and silicon content of the melt and the resulting different linings not applicable to the steel process.

Velmi rychlým a z tepelného hlediska velmi efektivním procesem je výroba oceli z tekuté vsázky v konvertorech. Tento postup je investičně velmi náročný a to zejména z hlediska výroby tekuté vsázky.A very fast and very heat-efficient process is the production of steel from liquid batches in converters. This process is very demanding in terms of investment, especially in terms of liquid batch production.

Rotační pece jsou známy jako agregáty s širokým využitím. Používají se pro sušení, předehřev, redukci oxidů a tavení nízkotavitelných kovů a slitin například hliníku. Pro slitiny železa s uhlíkem se používají do teplot 1550 °C v krajním případě do 1600 °C. Výrobcem těchto pecí je například italská firma SOGEMI. Tyto pece se používají ve slévárenství. Jejich podíl na výrobě ve slévárenství neustále roste.Rotary kilns are known as aggregates with wide application. They are used for drying, preheating, reducing oxides and melting low-melting metals and alloys such as aluminum. For iron-carbon alloys, they are used up to 1550 ° C and in extreme cases up to 1600 ° C. The manufacturer of these furnaces is for example the Italian company SOGEMI. These furnaces are used in foundry industry. Their share in foundry production is constantly growing.

V ocelářství se rotační pece prozatím nepoužívají. Pozornost možnému použití věnují W. L. Sherwood a Ρ. V. Barr v článcích publikovaných na 59th Electric Furmnace Conference, Phoenix, 2001. V článcích jsou popsány nutné požadavky na změnu konstrukce stávajících pecí pro slévárenství. Pozornost je věnována konstrukčním a technologickým požadavkům a je rovněž popsána změna koncepce vyzdívky. Podrobně jsou popsány podmínky přestupu tepla a způsob jejich ovlivňování.Rotary kilns are not yet used in the steel industry. Attention is given to possible use by W. L. Sherwood and Ρ. V. Barr in articles published at 59th Electric Furmnation Conference, Phoenix, 2001. The articles describe the necessary requirements for the design of existing foundry furnaces. Attention is paid to constructional and technological requirements and also a change of the lining concept is described. The conditions of heat transfer and how to influence them are described in detail.

Průmyslové nasazení rotační pece v ocelářství je známo z šedesátých let dvacátého století, kdy byl proces KALDO průmyslově používán. Podrobné srovnání procesů KALDO a dominantního procesu LD je provedeno například v Journal of The Iron and Steel Institute, October 1966, s. 997-1006. Článek potvrzuje dosažení vyššího stupně rovnováhy ve srovnání s klasickým LD konvertorem. Tento nedostatek LD konvertoru byl odstraněn zavedením spodního míchání. Celkově jednodušší konstrukce a nižší výrobní náklady rozhodly o jednoznačném prosazení technologie LD konvertoru.The industrial application of the rotary kiln in the steel industry is known from the sixties of the twentieth century when the KALDO process was used industrially. A detailed comparison of the KALDO processes and the dominant LD process is made, for example, in the Journal of The Iron and Steel Institute, October 1966, pp. 997-1006. The paper confirms the achievement of a higher degree of equilibrium compared to the classical LD converter. This drawback of the LD converter was overcome by the introduction of bottom mixing. Overall, simpler design and lower production costs have decided to unequivocally implement LD converter technology.

Ve výrobě železa a ocelářství však rotační pece nezanikly a řada jejich výhod vedla ke vzniku řady technických a technologií a patentů.However, rotary kilns have not disappeared in the iron and steel industry, and many of their advantages have led to the emergence of a number of technical and technology and patents.

V ocelářství jsou známy následující spisy:The following writings are known in the steel industry:

• Spis EP 0 134 336 popisuje využití rotační pece ve spojení se sekundární metalurgií a kontinuálním odléváním oceli.EP 0 134 336 discloses the use of a rotary kiln in conjunction with secondary metallurgy and continuous steel casting.

• Spis EP O 933 436 popisuje využití rotační pece pro tavení a předehřev přímoredukovaného železa a jeho odsíření.EP 0 933 436 discloses the use of a rotary furnace for melting, preheating and desulphurization of direct reduced iron.

• Spis WO 94/11536 popisuje kontinuální rotační pec rozdělenou do dvou sekcí. První sekce slouží k předehřevu a tavení a druhá sekce k přehřátí taveniny na požadovanou teplotu. Zařízení je vybaveno injektáží uhlíku do taveniny v druhé sekci.WO 94/11536 describes a continuous rotary kiln divided into two sections. The first section serves for preheating and melting and the second section for heating the melt to the desired temperature. The apparatus is equipped with carbon injection into the melt in the second section.

• Spis WO 95/29137 popisuje zařízení ke stahování strusky z metalurgických agregátů například rotačních pecí.WO 95/29137 discloses a device for removing slag from metallurgical aggregates, for example rotary kilns.

• Spis WO 99/60172 popisuje kontinuální rotační pec rozdělenou do dvou sekcí. První sekce slouží k předehřevu a tavení a druhá sekce k přehřátí taveniny na požadovanou teplotu. Zařízení je vybaveno injektáží uhlíku do taveniny v druhé sekci. Na konci druhé sekce je připojeno vákuovací zařízení s jehož pomocí je možno čerpat roztavenou ocel z rotační pece.WO 99/60172 discloses a continuous rotary kiln divided into two sections. The first section serves for preheating and melting and the second section for heating the melt to the desired temperature. The apparatus is equipped with carbon injection into the melt in the second section. At the end of the second section a vacuum device is connected with which molten steel can be pumped from the rotary kiln.

• Spis US 4 105 438 popisuje zařízení rotační pece a způsob odsávání roztaveného kovu pomocí podtlaku.U.S. Pat. No. 4,105,438 discloses a rotary kiln apparatus and method for evacuating molten metal by vacuum.

• Spis US 3 991 987 popisuje spojení rotační pece s elektrickou obloukovou pecí. V rotační peci probíhá vlastní ohřev taveniny na požadovanou teplotu.US 3 991 987 describes the connection of a rotary kiln to an electric arc furnace. In the rotary furnace, the melt itself is heated to the desired temperature.

• Spis US 3 514 280 popisuje zařízení pro kontinuální výrobu oceli tavením v rotační peci. Tato rotační pec je vybavena dvojicí hořáků umístěných na protilehlých stranách pece. Kov z pece odtéká průběžně přes sifonové zařízení.U.S. Pat. No. 3,514,280 discloses an apparatus for the continuous production of steel by melting in a rotary kiln. This rotary kiln is equipped with a pair of burners located on opposite sides of the kiln. The metal flows from the furnace continuously through a siphon device.

• Spis US 4 062 674 popisuje využití rychloobrátkové rotační pece pro výrobu železa a oceli. Rychlost rotace této pece je taková, že odstředivá síla drží vsázku na vnitřní straně pláště.U.S. Pat. No. 4,062,674 describes the use of a high-speed rotary kiln for the production of iron and steel. The speed of rotation of this furnace is such that the centrifugal force holds the charge on the inside of the shell.

• Spis US 3 689 251 popisuje soustavu rotačních pecí pro přímou redukci a následné tavení a zpracování ocelové taveniny.U.S. Pat. No. 3,689,251 discloses a rotary kiln system for direct reduction and subsequent melting and processing of a steel melt.

• Spis US 5 163 997 popisuje zařízení pro kontinuální výrobu oceli tavením v rotační peci. Tato rotační pec je rozdělena na dvě zóny a je vybavena dvojicí hořáků umístěných na protilehlých stranách rotační pece. Hořák na sázecí straně slouží k dospalování a předehřevu pevné vsázky.US 5 163 997 discloses an apparatus for the continuous production of steel by melting in a rotary kiln. This rotary kiln is divided into two zones and is equipped with a pair of burners located on opposite sides of the rotary kiln. The burner on the planting side is used to set up and preheat the solid charge.

• Spis WO 91/07127 popisuje rotační pec pro spalování nebezpečného odpadu s následným tavením vzniklé strusky.WO 91/07127 discloses a rotary kiln for the incineration of hazardous waste followed by melting the resulting slag.

• Spis EP 0 442 040 popisuje zařízení pro redukci pelet.EP 0 442 040 discloses a pellet reduction device.

• Spis EP 0 982 407 popisuje zařízení pro tavení anorganických látek s jejich injektáží pod plamen.EP 0 982 407 discloses an apparatus for melting inorganic substances with their injection under flame.

Pro použití ve slévárenství jsou známy následující spisy:The following publications are known for use in the foundry industry:

• Spis US 5 141 208 popisuje spojení dvou pecí do série z nichž jedna slouží jako taviči agregát a druhá pro předehřev.U.S. Pat. No. 5,141,208 discloses joining two furnaces in series, one serving as a melting aggregate and the other for preheating.

• Spis É#'0 673 887 popisuje pece, které jsou běžně používané ve slévárenství.U.S. Pat. No. 0 673 887 describes furnaces which are commonly used in foundry industry.

Po roce 2000 pokračuje zájem o rotační pece v USA.After 2000, interest in rotary kilns in the USA continues.

• Spis US 2001/6012 popisuje zařízení pro kontinuální tavení kovu v rotační peci.US 2001/6012 discloses an apparatus for continuously melting metal in a rotary kiln.

Zařízení je vybaveno řadou trysek, hořáků a dopravníkem vsázky, který umožňuje kontinuální výrobu. Zařízení využívá tepla spalin z tavící zóny v zóně předehřevu vsázky.The machine is equipped with a series of nozzles, burners and a batch conveyor that allows continuous production. The device uses the flue gas heat from the melting zone in the charge preheating zone.

• Spis US2002/130448 popisuje velmi komplikované zařízení spojené s jednou rotační pecí sloužící kpřímé výrobě surového železa nebo oceli zrůdy. Zařízení se skládá z redukčního reaktoru, ve kterém probíhá redukce oxidů v plynné fázi. Redukční reaktor může být například šachtová pec, autor připouští všechny známé postupy přímé redukce v plynné fázi. Částečně zredukovaný produkt je v horkém stavu dopraven do dlouhé rotační pece, ve které je dokončena redukce a tavení. V tomto zařízení je rovněž možno provést oduhličení. Jedná se tedy o univerzální zařízení kontinuálního typu, ve kterém jsou jednotlivé fáze procesu jednoznačně odděleny v jednotlivých zónách.US2002 / 130448 discloses a very complicated apparatus associated with a single rotary kiln for the direct production of pig iron or steel of a freak. The equipment consists of a reduction reactor in which the reduction of oxides in the gas phase takes place. The reduction reactor may be, for example, a shaft furnace, the author admitting all known methods of direct reduction in the gas phase. The partially reduced product is in the hot state transferred to a long rotary kiln in which the reduction and melting are completed. Decarburization is also possible in this apparatus. It is therefore a universal device of the continuous type, in which the individual phases of the process are clearly separated in individual zones.

Za hlavní rozdíl, vůči navrhovanému postupu, je možno považovat kontinuální charakter výroby vzhledem k dávkovému. Další rozdíly vyplývají z univerzálnosti zařízení dle spisů US 2001/6012 a US 2002/130448, ve kterých probíhá současně několik fyzikálně chemických dějů. Zařízení je rozděleno na jednotlivé zóny, ve kterých jsou podmínky optimalizovány tak, aby byl optimálně využit potenciál paliva.The main difference to the proposed process is the continuous character of the production with respect to batch. Further differences arise from the versatility of the apparatus of US 2001/6012 and US 2002/130448, in which several physicochemical processes take place simultaneously. The equipment is divided into individual zones in which conditions are optimized to optimize the fuel potential.

V navrhovaném vynálezu je rotační pec tvořena jen jednou zónou a fyzikálně chemické děje zde probíhají postupně. Výrobnost zařízení je dosažena počten jednotlivých agregátů spojených v baterii na rozdíl od nutné velikosti jednoho zařízení dle spisů 2001/6012 a US 2002/130448. Za další výhodu považujeme dávkový způsob výroby, který lépe odpovídá současnému stavu následného způsobu zpracování kovu, tj. sekundární metalurgii a plynulému odlévání.In the present invention, the rotary kiln is made up of only one zone and the physicochemical processes take place gradually. The productivity of the device is achieved by counting the individual aggregates connected in the battery, in contrast to the required size of one device according to the documents 2001/6012 and US 2002/130448. Another advantage is the batch production process, which better corresponds to the current state of the subsequent metal processing, i.e. secondary metallurgy and continuous casting.

Všechny spisy předpokládají jednotlivé rotační pece, nebo uspořádání agregátů, v nichž je rotační pec napojena na kontinuální zařízení. Ve spisech a zejména v uvedených článcích z 59th Electric Furmnace Conference, Phoenix, 2001 je výkon pece zvyšován zejména zvětšováním objemu pece a zvyšováním teploty plamene a spalin. Pro dosažení výkonu srovnatelného s elektrickou obloukovou pecí (EOP) je třeba pracovat s teplotou plamene 2200 °C snížení teploty plamene o 200 °C sníží výkon rotační pece o 50 %. Vysoká teplota plamene a spalin vede k růstu zátěže na vyzdívky a dalším technickým komplikacím jako je ztráta tepelné účinnosti a zejména nárůstu komplikovanosti zařízení. Vysoká teplota spalin vede k nutnosti toto teplo využívat, s čímž jsou spojeny technické a ekologické problémy.All publications assume individual rotary kilns or aggregate arrangements in which the rotary kiln is connected to a continuous device. In the papers, and in particular in the aforementioned articles from the 59th Electric Furmation Conference, Phoenix, 2001, the furnace performance is increased, in particular, by increasing the furnace volume and increasing the temperature of the flame and flue gas. To achieve a performance comparable to an electric arc furnace (EOP), a 2200 ° C flame temperature should be used, reducing the flame temperature by 200 ° C reduces the rotary kiln performance by 50%. The high temperature of the flame and the flue gas leads to an increase in the load on the linings and other technical complications such as a loss of thermal efficiency and in particular an increase in the complexity of the device. The high flue gas temperature makes it necessary to use this heat, which entails technical and environmental problems.

Předkládaný vynález nevyužívá vysoké intenzity procesu, ale sleduje optimalizaci procesu. Toho je dosaženo snížením teploty plamene a snížením měrné výroby, tento nedostatek je řešen zvětšením počtu rotačních pecí. Důraz je kladen na jednoduchost výrobního zařízení. Hlavní rozdíl od ostatních postupů spočívá v bateriovém uspořádání a v postupném odpichu roztaveného kovu z pecí podle potřeb následného zpracování například kontinuálního odlévání. Dalším významným rozdílem je, že velké tavby jsou zajištěny současným odpichem z několika pecí do jedné pánve. Dalším podstatným rozdílem je častá snaha využívat rotační pec jako kontinuální zařízení, což je z hlediska technického správné, ale průmyslová aplikace kontinuálního zařízení je v metalurgii oceli z hlediska technologického a organizačního značně komplikovaná, proto je lepší řešení zachovat stávající postupy výroby oceli a to zejména sekundární metalurgii a kontinuální lití a využít rotační pec jen jako zdroj taveniny.The present invention does not utilize high process intensities, but pursues process optimization. This is achieved by lowering the flame temperature and reducing specific production, this deficiency being solved by increasing the number of rotary kilns. Emphasis is placed on the simplicity of production equipment. The main difference from the other processes lies in the battery arrangement and the gradual tapping of molten metal from the furnaces according to the needs of post-processing, for example continuous casting. Another significant difference is that large melts are provided by simultaneous tapping from several furnaces into one pan. Another significant difference is the frequent effort to use the rotary kiln as a continuous device, which is technically correct, but the industrial application of the continuous device in steel metallurgy is technologically and organizationally complicated, so it is better to maintain existing steel production processes, especially secondary metallurgy and continuous casting and use the rotary furnace only as a source of melt.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Navrhovaný proces spočívá v tavení pevné vsázky pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifikovaného přestupu tepla. Takové podmínky jsou vytvořitelné v rotační válcové peci. Výrobnost zařízení je zabezpečena bateriovým uspořádáním. Dobrý přestup teplaje zajišťován mícháním vsázky nejen v tekutém stavu, ale i v pevném.The proposed process consists in melting the solid charge with fossil fuels in conditions of intensified heat transfer. Such conditions can be created in a rotary kiln. The production of the device is ensured by the battery arrangement. Good heat transfer is ensured by mixing the charge not only in the liquid state but also in the solid state.

Vyrobený tekutý kov je následně zpracován v závislosti na obsahu uhlíku v konvertoru a sekundární metalurgii a nebo jen v sekundární metalurgii.The produced liquid metal is subsequently processed depending on the carbon content of the converter and secondary metallurgy or only secondary metallurgy.

Předmětem vynálezu je způsob výroby tekuté oceli z pevné vsázky pomocí fosilních paliv a kyslíku nebo kyslíkem obohaceným předehřátým vzduchem v rotační peci a dále uspořádání navrhovaných tavících zařízení tak, aby bylo možno dosáhnout požadovanou dobu odpichu a požadovanou velikost tavby.The present invention provides a process for producing liquid steel from a solid charge using fossil fuels and oxygen or oxygen-enriched preheated air in a rotary kiln, and further arranging the proposed melting devices so as to achieve the desired tapping time and melting size.

Metalurgický proces v rotační peci je omezen jen na tavení. Ostatní metalurgické procesy jsou prováděny v tavícím agregátu jen v omezené míře. Potřebná rafinace kovu je prováděna mimo tavící agregát. Navrhovaný proces je duplexní tavící agregát - sekundární metalurgie nebo triplexní tavící agregát - konvertor nebo speciální pánev - sekundární metalurgie.The metallurgical process in a rotary kiln is limited to melting. Other metallurgical processes are carried out only to a limited extent in the melting aggregate. The necessary metal refining is carried out outside the melting unit. The proposed process is a duplex melting aggregate - secondary metallurgy or triplex melting aggregate - converter or a special ladle - secondary metallurgy.

Nedostatky stávajícího způsobu výroby oceli z pevné vsázky v elektrické obloukové peci do značné míry odstraňuje způsob, podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že teplo fosilního pálívaje přímo využíváno v baterii rotačních pecí.The method of the invention, which is based on the fact that the heat of the fossil fuel is directly used in the battery of rotary kilns, largely eliminates the drawbacks of the existing process for producing steel from solid charge in an electric arc furnace.

Předkládaný vynález popisuje způsob a zařízení výroby tekuté oceli z pevné vsázky vyznačující se tím, že pevná vsázka jako je šrot, surové železo, HBI (briketované přímo redukované železo), DRI (přímo redukované železo) se nejprve taví pomocí kyslíkového hořáku na fosilní paliva v baterii rotačních pecí, přičemž postup tavení kovonosných surovin s přísadami zabezpečuje řízený obsah oxidu železnatého FeO ve strusce. Kov se z pece odpichuje s požadovaným obsahem uhlíku a aktivitou kyslíku, pro odfosfoření roztaveného kovu mimo tavící agregát jsou obsah uhlíku nad 0,15 % a aktivita kyslíku pod 0,02 % hmotnostních, pro odfosfoření roztaveného kovu v tavícím agregátu jsou obsah uhlíku pod 0,15 % a aktivita kyslíku nad 0,02 % hmotnostních. Struska z procesu odfosfoření se oddělí od kovu před další zpravidla redukční operací. Obsah uhlíku v kovu v průběhu procesu se řídí jedním ze tří níže specifikovaných způsobů:The present invention describes a method and apparatus for producing liquid steel from a solid charge, characterized in that the solid charge such as scrap, pig iron, HBI (briquetted directly reduced iron), DRI (directly reduced iron) is first melted using an oxy-fuel burner in a fossil fuel. a rotary kiln battery, the process of melting the metal-bearing raw materials with additives provides a controlled content of FeO in the slag. The metal is tapped from the furnace with the desired carbon content and oxygen activity, for the phosphorus deposition of the molten metal outside the melting aggregate, the carbon content is above 0.15% and the oxygen activity is below 0.02%. 15% and an oxygen activity above 0.02% by weight. The slag from the de-phosphorizing process is separated from the metal before the next, typically, reduction operation. The carbon content of the metal during the process is controlled in one of three ways specified below:

• sypání na povrch kovu a strusky, • injektáž do objemu kovu/ • injektáž plynných nebo kapalných uhlovodíků do objemu kovu;• pouring onto the metal surface and slag; • injection into the metal volume / • injection of gaseous or liquid hydrocarbons into the metal volume;

po odlití tekutého kovu z rotační pece následuje zpracování mimo tavící agregát v závislosti na obsahu uhlíku.the casting of the liquid metal from the rotary kiln is followed by treatment outside the melting aggregate depending on the carbon content.

Při obsahu uhlíku nad 1 % se kov zpracovává v konvertoru s následným zpracováním v sekundární metalurgii a nebo jen v pánvi s velkou volnou výškou nad hladinou kovu minimálně 1,25 m. Při zpracování v pánvi se používá zařízení využívající dmýchání kyslíku přičemž se přednostně používá zařízení využívající sníženého tlaku, při triplexním pochodu tj. (rotační pec - konvertor - sekundární metalurgie) se tekutý kov v konvertoru zpracovává s minimálním množstvím strusky, neboť vstupní tekutá surovina obsahuje minimální množství křemíku a hliníku.At a carbon content above 1%, the metal is treated in a converter followed by secondary metallurgy or only in a ladle with a high free height above the metal level of at least 1.25 m. using a reduced pressure, in the triplex process (rotary kiln - converter - secondary metallurgy), the liquid metal in the converter is treated with a minimum amount of slag since the feed liquid feedstock contains a minimum amount of silicon and aluminum.

Při odpichu kovu s obsahem uhlíku pod 1 % se kov dále zpracovává v zařízení sekundární metalurgie přičemž se rovněž přednostně použije zařízení využívající sníženého tlaku.When the metal is tapped with a carbon content below 1%, the metal is further processed in a secondary metallurgy plant, also using a device using reduced pressure.

Vlastní zařízení dle vynálezu sestává z několika rotačních pecí uspořádaných do baterie umožňující dosažení vhodné frekvence odpichů a velikosti tavby pro následné operace zejména kontilití. Každá rotační pec je tvořena nádobou, tvořenou střední válcovou částí s dvěmi vypouklými čely a vnitřní žáruvzdornou vyzdívkou a opatřenou na svých koncích v podélné ose otvory, kde do prvního otvoru je nastrčen kyslíkový hořák na fosilní paliva, hořák je buď pevný a neumožňuje řízení směru plamene anebo je pohyblivý umožňující řízení směru plamene, dále je k hořákovému otvoru možno přidat zařízení pro injektáž uhlíku nebo dalších přísad zejména struskotvorných a i tato dodatková zařízení umožňují měnit úhel sklonu. Přídavné injektážní zařízení může být integrováno do hořáku nebo může být samostatné s možností rychlé výměny, na druhý otvor je napojen odvod spalin, jeden z otvorů je současně sázecím otvorem pevné vsázky; dále je nádoba vybavena alespoň jedním excentricky umístěným odpichovým otvorem kovu nebo strusky, přičemž celá nádoba je sklopná v příčném směru k ose rotace. Odpich pecí uspořádaných do baterie se řeší jako společný odpich několika pecí do jedné pánve a to přímo nebo pomocí soustavy licích žlabů.The device according to the invention consists of a number of rotary furnaces arranged in a battery to achieve a suitable tapping frequency and a melt size for subsequent operations, in particular continuous casting operations. Each rotary kiln consists of a vessel consisting of a central cylindrical part with two convex faces and an internal refractory lining and provided with openings at its ends along the longitudinal axis, where the fossil fuel oxy-fuel burner is fixed in the first opening; or it is movable to control the direction of the flame, furthermore, it is possible to add to the burner opening a device for injecting carbon or other additives, in particular slag-forming, and these additional devices also allow the angle of inclination to be varied. The additional injection device may be integrated into the burner or may be self-contained, with a quick changeover capability, the second orifice being connected to the flue gas outlet, one of the orifices being the fixed orifice charging hole; furthermore, the vessel is provided with at least one eccentrically located metal or slag tap hole, the entire vessel being hinged transversely to the axis of rotation. Tapping of furnaces arranged in a battery is solved as a common tapping of several furnaces into one pan, either directly or by means of a set of troughs.

Hlavní výhodou způsobu dle vynálezu je přímé využití chemického potenciálu fosilních paliv pro tavení kovonosných surovin, tj. zvýšení celkové tepelné účinnosti tavení ve srovnání s tavením pomocí elektrického proudu, který byl předem vyroben v elektrárně z fosilních paliv. Pro toto řešení je třeba zajistit vysokou teplotu plamene a intenzivní přestup tepla do taveného kovu a později i do lázně. Obou těchto požadavků je možno dosáhnout v rotační peci.The main advantage of the method according to the invention is the direct exploitation of the chemical potential of fossil fuels for melting metal-bearing raw materials, i.e. an increase in the overall thermal efficiency of the smelting compared to melting by means of an electric current that was previously produced in a fossil fuel power plant. For this solution, it is necessary to ensure a high flame temperature and intensive heat transfer to the molten metal and later to the bath. Both of these requirements can be achieved in a rotary kiln.

Z konstrukčního hlediska je výhodou vytvoření poměrně malého kompaktního agregátu pro tavení pevné vsázky při současném snížení investiční náročnosti zařízení a zjednodušení procesu ve srovnání s moderní intenzifikovanou elektrickou obloukovou pecí. Také je výhodou, že bateriové uspořádání tavících agregátů umožňuje optimálně využít kapacity čistírny odpadních plynů, sázecích zařízení a podobně. Koncepce více agregátů umožňuje tandemové uspořádání vhodné pro předehřev.From a constructional point of view, the advantage of providing a relatively small compact aggregate for melting solid charge while reducing the investment cost of the device and simplifying the process compared to a modern intensified electric arc furnace. It is also an advantage that the battery arrangement of the melting units makes it possible to optimally utilize the capacities of the waste gas treatment plant, typesetting equipment and the like. The multi-unit concept allows a tandem arrangement suitable for preheating.

Z technologického hlediska je výhodou navrhovaného procesu přímé využití chemického potenciálu fosilních paliv pro tavení kovonosných surovin, tj. zvýšení celkové tepelné účinnosti tavení ve srovnání s tavením pomocí elektrického proudu, a že proces umožňuje řídit míru kontaktu pevné vsázky se spalinami a dále, že pracuje s malým množstvím strusky.From the technological point of view, the advantage of the proposed process is the direct exploitation of the chemical potential of fossil fuels for melting metal-bearing raw materials, ie increasing the overall thermal efficiency of melting compared to electric melting, and that the process small amounts of slag.

Z logistického hlediska je výhodou, že při existenci několika agregátů vedle sebe je možné jednoduché řízení výroby bez ztráty účinnosti procesu jednoduchým ovlivněním počtu pracujících agregátů při omezení prostoje ocelárny na minimum.From a logistical point of view, it is an advantage that if several units are side by side, simple production control is possible without losing process efficiency by simply influencing the number of units working while minimizing downtime.

Z hlediska údržby je výhodou potřeba pouze jedné náhradní nádoby. Doba výměny nádoby je kratší ve srovnání s intenzifikovanou elektrickou obloukovou pecí z důvodu jednodušší konstrukce, není nutné připojovat míchací plyny dmýchané spodem, chladicí vodu a jednotlivé hořáky.In terms of maintenance, only one spare container is needed. The vessel replacement time is shorter compared to the intensified electric arc furnace because of the simpler design, it is not necessary to connect the bottom blowing gases, cooling water and individual burners.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na kterých je na obr. la a obr. Ib znázorněno schéma ocelárny s baterií rotačních pecí. Na obr. 2 je znázorněno schéma rotační pece. Na obr. 3a je znázorněn řez rotační pecí v rovině odpichových otvorů. Na obr. 3b je znázorněn řez rotační pecí v rovině mimo odpichové otvory.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail by means of the drawings, in which FIG. 1a and FIG. Fig. 2 shows a diagram of a rotary kiln. Fig. 3a shows a section through a rotary kiln in the plane of tap holes. Fig. 3b shows a section through the rotary kiln in a plane outside the tap holes.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Vynález je blíže osvětlen na přiložených výkresech, kde na obr. la a obr. Ib je znázorněno schéma ocelárny sbaterií i rotačních pecí 2. Na obr. laje znázorněno schéma triplexního pochodu, který je vhodný pro zpracování tekutého kovu s obsahem uhlíku nad 1 %, odpíchnutého z rotačních pecí 2. Tekutý kov je z rotačních pecí 2 odpíchnut do pánve 4, která stojí na převážecím voze 3. Z vozu 3 je pánev 4 převezena a tekutý kov s vyšším obsahem uhlíku než 1 % je přelit do konvertoru 5 nebo je ponechán ve speciální pánvi 4 s velkým volným prostorem. Po oduhličení v konvertoru 5 nebo ve speciální pánvi 4 následuje zpracování v sekundární metalurgii 6, která může být tvořena například LF (Ladle Furnace - Pánvová pec) stanicí pro korekci teploty a chemického složení, a alternativně ve vakuovacím zařízení. Závěrečnou fází výroby je odlévání například kontinuální v zařízení, které se skládá z otočného stojanu 7, mezipánve 8 a jednotlivých proudů 9 kontilití. Odlévání je možné i na bramovém kontilití nebo do ingotů.The invention is illustrated in more detail in the accompanying drawings, in which Fig. 1a and Fig. 1b show a diagram of both a battery and rotary kiln steel plant 2. Fig. 1a is a triplex process suitable for treating liquid metal with a carbon content above 1%; from the rotary kilns 2. The liquid metal is tapped from the rotary kilns 2 into the ladle 4, which stands on the transfer car 3. The ladle 4 is transported from the car 3 and the liquid metal with a carbon content greater than 1% is poured into the converter 5 or in a special pan 4 with large free space. Decarburization in the converter 5 or in the special ladle 4 is followed by treatment in the secondary metallurgy 6, which may consist, for example, of a LF (Ladle Furnace) station for correcting the temperature and chemical composition, and alternatively in a vacuum apparatus. The final production stage is, for example, continuous casting in a device consisting of a turntable 7, a tundish 8 and individual streams 9 of continuous castings. Casting is also possible on slab casting or in ingots.

Příklad ocelárny pro zpracování taveniny vyrobené z pevné vsázky s obsahem uhlíku po roztavení pod 1 % je na obr. Ib - tento pochod je možno označit jako duplexní pochod. Tekutý kov je z rotačních pecí 2 odpíchnut do pánve 4, která stojí na převážecím voze 3. Z vozu 3 je pánev 4 převez pibvp na zpracování v sekundární metalurgii 6, která může být tvořena například LF (Ladle Furnace - Pánvová pec) stanicí pro korekci teploty a chemického složení, a alternativně ve vakuovacím zařízení s možností dmýchání kyslíku.An example of a melt treatment plant made from a solid feedstock with a carbon content after melting below 1% is shown in Fig. Ib - this process can be referred to as a duplex process. The liquid metal is tapped from the rotary kilns 2 into the ladle 4, which stands on the transfer car 3. From the car 3, the ladle 4 is transported for processing in secondary metallurgy 6, which may consist for example of a LF (Ladle Furnace) temperature and chemical composition, and alternatively in an oxygen blowing vacuum device.

Závěrečnou fází výroby je odlévání například kontinuální, přičemž zařízení se skládá^z otočného stojanu 7, mezipánve 8 a jednotlivých proudů 9 kontilití. Odlévání je možné i na bramovém kontilití nebo do ingotů.The final stage of production is, for example, continuous casting, wherein the apparatus consists of a rotary stand 7, a tundish 8 and individual streams 9 of continuous castings. Casting is also possible on slab casting or in ingots.

Schéma rotační pece 2 je na obr. 2. Rotační pec 2 stojící na podkladu 10 je tvořena rotační nádobou 11 s čelem 12 s odpichovými otvory. Do čela 12 s odpichovými otvory je zastrčen hořák 13 s injektážní tryskou 14, která je do čela 12 zastrkována pomocí různých mechanismů, umožňujících snadné nasazení. Na tomto příkladě je tímto zařízením otočný mechanismus 15. umožňující snadné odklopení hořáku 13 a injektážního zařízení 14. Nádoba 11 rotační pece 2 je uchycena ve sklopném stojanu 16. Rotace rotační pece 2 je zajištěna pomocí úchytných rotačních válečků 17, umožňujících rotací v libovolné poloze rotační peceA diagram of the rotary kiln 2 is shown in Fig. 2. The rotary kiln 2 standing on the substrate 10 is formed by a rotary vessel 11 with a face 12 with tap holes. A burner 13 with an injection nozzle 14 is inserted into the tap hole face 12, which is inserted into the face 12 by various easy-to-fit mechanisms. In this example, the device is a rotary mechanism 15 allowing easy opening of the burner 13 and the injection device 14. The vessel 11 of the rotary kiln 2 is mounted in a tilting stand 16. The rotation of the rotary kiln 2 is provided by gripping rotary rollers 17 enabling rotation in any rotational position care

2. Sklopný stojan 16 rotační pece 2 je uchycen na základové desce 18. Zadní čelo 19 je opatřeno otvorem pro odvod spalin, které jsou vedeny pomocí kouřovodu 20. Rotační pec 2 je sázena ve sklopeném stavu 1 lb ze zásobníku 21 pomocí dopravníku 22. Sázení je možné i pomocí koryt dopravovaných jeřábem. Rotační pec 2 je možné sklopit do svislé polohy 11a vhodné například pro opravy vyzdívky 27. Tekutý kov je z pece 2 odpichován do pánve 4, která může být umístěna na převážecím voze 3 nebo může být zavěšena na jeřábu nebo položena na zemi. V některých případech, zejména při slévání dvou nebo více taveb je možno použít licí žlab 25.2. The tilting stand 16 of the rotary kiln 2 is mounted on the base plate 18. The rear face 19 is provided with a flue gas outlet which is guided by the flue gas duct 20. The rotary kiln 2 is planted in the folded state 1 lb from the magazine 21 by a conveyor 22. is also possible using troughs transported by crane. The rotary kiln 2 can be folded to a vertical position 11a suitable for repairing the lining, for example. Liquid metal is tapped from the furnace 2 into a ladle 4, which can be placed on a transport car 3 or suspended on a crane or laid on the ground. In some cases, especially when casting two or more melts, a casting trough 25 may be used.

Na obr. 3a je znázorněn řez rotační pecí 2 v rovině odpichových otvorů. Rotační pec 2 je tvořena pláštěm 26 s čely 12 a 19. Rotační pec 2 je zevnitř opatřena žáruvzdornou vyzdívkou 27 tvořenou několika vrstvami materiálu včetně tepelně izolační vrstvy. V jednom z čel 12, 19 jsou umístěny odpichové otvory 28 a otvor 29 pro hořák 13. Rotační pec 2 rotuje kolem osy 30 rotace. Cela 12, 19 jsou k pláštQ&T26 rotační pece 2 připevněna pomocí příryb 31. Plášť 26 je zpevněn pomocí výztuh 24, které slouží současně jako nosná část pro otáčení rotační pece 2. Pracovní prostor 23 rotační pece 2 je tvořen vnitřním objemem rotační pece 2.FIG. 3a shows a section through the rotary kiln 2 in the plane of tap holes. The rotary kiln 2 is formed by a jacket 26 with faces 12 and 19. The rotary kiln 2 is internally equipped with a refractory lining 27 consisting of several layers of material including a thermal insulation layer. In one of the faces 12, 19, tap holes 28 and a burner hole 29 are located. The rotary kiln 2 rotates about the axis of rotation 30. The cells 12, 19 are attached to the housing 30 of the rotary kiln 2 by means of flanges 31. The housing 26 is reinforced by means of stiffeners 24 which simultaneously serve as a support for rotating the rotary kiln 2. The working space 23 of the rotary kiln 2 is internal.

Na obr. 3b je znázorněn řez rotační pecí 2 v rovině mimo odpichové otvory.FIG. 3b shows a section through the rotary kiln 2 in a plane outside the tap holes.

Příklad 1 - Fáze taveníExample 1 - Melting Phase

Zařízení a technologie jsou řešeny tak, aby proces dosahoval optimální tepelné účinnosti a aby se omezila oxidace vsázky na nutné minimum. Pro toto řešení je třeba zajistit vysokou teplotu plamene a intenzivní přestup tepla do taveného kovu a později i do lázně. Obou těchto požadavků je dosahováno v navrhovaném zařízení. Vysoké teploty plamene je » * dosahováno hořením paliva s kyslíkem nebo s předehřátým kyslíkem obohaceným vzduchem. Intenzivního přestupu teplaje dosahováno kombinací několika mechanismů přestupu tepla.The equipment and technology are designed so that the process achieves optimum thermal efficiency and limits the oxidation of the charge to the minimum necessary. For this solution, it is necessary to ensure a high flame temperature and intensive heat transfer to the molten metal and later to the bath. Both of these requirements are achieved in the proposed plant. High flame temperatures are achieved by burning fuel with oxygen or with preheated oxygen enriched air. Intense heat transfer is achieved by a combination of several heat transfer mechanisms.

Jedná se zejména o:These include:

• Přímý ohřev kovu při jeho nízké povrchové teplotě • Po dosažení povrchové teploty vsázky 900 °C je dominantní mechanismus přestupu tepla změněn na přímý ohřev primární strusky a sálání plamene na kov a vyzdívku 27.• Direct heating of the metal at its low surface temperature • After reaching the surface temperature of the batch 900 ° C, the dominant heat transfer mechanism is changed to direct heating of the primary slag and the flame radiation to the metal and the lining 27.

• Při dosažení povrchové teploty vsázky nad 800 °C se rotační pec 2 začíná otáčet a tím vznikají podmínky pro další mechanismy přestupu tepla. Jedná se zejména o promíchávání vsázky, která zajistí přesun relativně chladné vsázky na povrch a rozehřáté vsázky z povrchu do objemu vsázky. Rozehřátá vsázka je mícháním vnášena do objemu, kde předává teplo okolní chladnější vsázce. Souběžně s tímto mechanismem dochází i k přestupu tepla z rozehřáté vyzdívky 27 do vsázky vedením při kontaktu vyzdívky 27 se vsázkou.• When the charge surface temperature exceeds 800 ° C, the rotary kiln 2 begins to rotate, creating conditions for other heat transfer mechanisms. In particular, the mixing of the charge ensures the transfer of the relatively cold charge to the surface and the heated charge from the surface to the charge volume. The heated charge is brought into the volume by stirring, where it transfers heat to the surrounding cooler charge. In parallel with this mechanism, heat is transferred from the heated lining 27 to the charge by conduction when the lining 27 contacts the charge.

• Souběžně s kovem je ohřívána i struska. Po dosažení teploty vyšší než 1300 °C je proces veden tak, aby nedocházelo ke styku produktů hoření s kovem a přestup tepla běžel především nepřímo.• Slag is heated simultaneously with the metal. After reaching a temperature higher than 1300 ° C, the process is conducted in such a way that the combustion products do not come into contact with the metal and the heat transfer is mainly indirect.

Navrhovaný proces tedy spočívá v tavení pevné vsázky pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifikovaného přestupu tepla. Takové podmínky jsou vytvořeny ve válcové rotační peci 2. Dobrý přestup tepla je zajišťován mícháním vsázky nejen v tekutém stavu, ale i v pevném, a velkou plochou pro přestup tepla - vsázka je ohřívána nejen shora, ale i zespodu.Thus, the proposed process consists in melting the solid charge with fossil fuels in conditions of intensified heat transfer. Such conditions are created in a cylindrical rotary kiln 2. Good heat transfer is ensured by mixing the charge not only in a liquid state but also in a solid, and a large heat transfer area - the charge is heated not only from above but also from below.

Tavba v novém typu tavící pece je vedena tak, aby nedocházelo k zbytečné oxidaci kovu. Kov je proti oxidaci chráněn struskou na povrchu kovu a uhlíkem rozpuštěným v tekutém kovu. Zbytečné oxidaci kovu je dále bráněno omezením přímého kontaktu spalin s kovem, kterého je dosahováno řízením směru a délky plamene. Stupeň oxidace kovu je dán potřebou odfosfoření v rotační peci 2.Melting in a new type of melting furnace is conducted to avoid unnecessary metal oxidation. The metal is protected against oxidation by slag on the metal surface and by carbon dissolved in the liquid metal. Unnecessary oxidation of the metal is further prevented by limiting the direct contact of the flue gases with the metal, which is achieved by controlling the direction and length of the flame. The degree of metal oxidation is determined by the need for de-phosphorization in the rotary kiln 2.

Uhlík je do kovu dodáván při sázení a dále průběžně jedním ze tří níže specifikovaných způsobů nebo jejich kombinací:Carbon is supplied to the metal during betting and continuously through one of the three methods specified below or a combination thereof:

• Přísadou uhlíku na povrch strusky a kovu.• By adding carbon to the surface of the slag and metal.

• Injektáží uhlíku pod hladinu kovu.• By injecting carbon below the metal level.

• Injektáží plynného nebo kapalného uhlovodíku pod hladinu kovu.• By injecting a gaseous or liquid hydrocarbon below the metal level.

Při injektáží kapalných nebo plynných uhlovodíků je injektážní zařízení následně inertizováno inertním plynem.When injecting liquid or gaseous hydrocarbons, the injection device is subsequently inerted with an inert gas.

//Přísada uhlíku umožňuje řízení obsahu uhlíku v tavenině a tím řízení teplot odpichu.// Addition of carbon allows control of the carbon content of the melt and thus control of tapping temperatures.

Taveniny s vyšším obsahem uhlíku jsou odpichovány při nižších teplotách. Taveniny s obsahem uhlíku kolem 0,15 % jsou odpichovány při teplotě minimálně 1560 °C. Taveniny s obsahem uhlíku kolem 1 % jsou odpichovány při teplotě minimálně 1450 °C. Při vyšším obsahu uhlíku odpichová teplota dále klesá.Melts with higher carbon content are tapped at lower temperatures. Melts with a carbon content of about 0.15% are tapped at a temperature of at least 1560 ° C. Melts with a carbon content of about 1% are tapped at a temperature of at least 1450 ° C. At higher carbon content the tapping temperature further decreases.

Příklad 2 - Likvidace odpadůExample 2 - Waste disposal

Možnost přísady uhlíku umožňuje použití navrhovaného zařízení ke zpracování vsázky obsahující oxidy kovů (Fe, Cr, Mn) až do obsahu 50 %. V tomto případě však výrazně klesá produktivita zařízení. Tyto oxidické fáze mohou být přírodního původu (rudy a zbytky nezredukovaného kovu po přímé redukci) nebo mohou být produktem předchozí výroby kovů (odpady). Redukce probíhá ve struskové fázi na rozhraní struska kov.The possibility of carbon addition allows the use of the proposed device to process a batch containing metal oxides (Fe, Cr, Mn) up to 50%. In this case, however, the productivity of the equipment decreases significantly. These oxidic phases may be of natural origin (ores and non-reduced metal residues after direct reduction) or may be the product of previous metal production (waste). The reduction takes place in the slag phase at the slag metal interface.

Příklad 3 - OdfosfořeníExample 3 - Phosphorus

Vsázka obsahující větší množství fosforu, než je povolená koncentrace v konečném produktu, je v průběhu procesu oxidována tak, aby vzniklá strusková fáze byla schopna na sebe vázat potřebné množství fosforu. Složení strusky je přibližně 20 % oxidů železa při bazicitě strusky minimálně 2. Tekutý kov má v tomto případě maximálně 0,15 % uhlíku. Za těchto podmínek dosahuje rozdělovači koeficient fosforu mezi struskou a kovem minimálně hodnoty 10. Pro zlepšení odstranění fosforu je možno do strusky přidávat oxidy železa například okuje. Po odfosfoření je oxidační struska stažena a následně je zvýšen obsah uhlíku v tavenině.The charge containing more phosphorus than the allowable concentration in the final product is oxidized during the process so that the resulting slag phase is able to bind the necessary amount of phosphorus to itself. The composition of the slag is approximately 20% iron oxides with a slag base of at least 2. The liquid metal in this case has a maximum of 0.15% carbon. Under these conditions, the partition coefficient of phosphorus between the slag and the metal is at least 10. To improve the removal of phosphorus, iron oxides, for example, scale, can be added to the slag. After phosphophosphation, the oxidation slag is withdrawn and subsequently the carbon content of the melt is increased.

Příklad 4 - Zpracování taveniny s vyšším obsahem uhlíkuExample 4 - Treatment of melt with higher carbon content

Tavenina je odpichována do pánve 4 bez potřeby předběžné dezoxidace, neboť obsah uhlíku brání rozpouštění kyslíku v tavenině. Tavenina připravená výše popsaným postupem je připravena pro následné zpracování a to buď v konvertoru 5 nebo v pánvi 4 s velkým volným prostorem. Oduhličení se provádí dmýcháním kyslíku.The melt is tapped into the ladle 4 without the need for preliminary deoxidation since the carbon content prevents the dissolution of oxygen in the melt. The melt prepared as described above is ready for post-processing either in the converter 5 or in the ladle 4 with a large free space. Decarburization is done by blowing oxygen.

Zpracování v pánvi 4 může být provedeno za sníženého nebo normálního tlaku při probublávání lázně inertním plynem. Snížení tlaku při dmýchání kyslíku je prováděno na hodnoty nad 10 kPa. V závěrečné fázi oduhličení při dmýchání kyslíku může být tlak snížen i pod hodnotu 10 kPa. Po oduhličení je tavenina dále zpracována klasickými postupy sekundární metalurgie 6 v případě, že je pro oduhličení použito zařízení typu VOD nebo RH /ů» * s dmýcháním kyslíku navazuje další zpracování bezprostředně na fázi oduhličení bez manipulací s pánví 4.The treatment in the ladle 4 can be carried out under reduced or normal pressure by bubbling the bath with inert gas. The oxygen blowing pressure is reduced to values above 10 kPa. In the final decarburization stage, when the oxygen is blown, the pressure can be reduced to below 10 kPa. After decarburization, the melt is further processed by conventional methods of secondary metallurgy 6 in the case where a VOD or RH / zařízení type blowing device is used for decarburization, further processing immediately follows the decarburization phase without manipulating the ladle 4.

Navrhovaný technologický postup je tedy triplexní rotační pec 2 - oduhličovací zařízení (konvertor 5 nebo pánev 4 s velkým volným prostorem) - sekundární metalurgie 6. Procesům sekundární metalurgie při sníženém tlaku (VOD, RH-OB) je obecně dávána přednost, i když dmýchání kyslíku za normálního tlaku je také možné. Pro obsahy uhlíku v tavenině pod 1 % je ekonomičtější oduhličení v pánvi 4.Thus, the proposed process is a triplex rotary kiln 2 - decarburization equipment (converter 5 or ladle 4 with large free space) - secondary metallurgy 6. Secondary metallurgy under reduced pressure (VOD, RH-OB) is generally preferred, although oxygen blowing under normal pressure is also possible. For carbon contents in the melt below 1%, decarburization in the ladle 4 is more economical.

Příklad 5 - Zpracování taveniny s nízkým obsahem uhlíku pod 0,5 %Example 5 - Treatment of low carbon melt below 0.5%

Tavenina je odpichována do pánve 4 bez potřeby předběžné dezoxidace. Podle potřebného snížení obsahu uhlíku je na hladinu kovu v pánvi 4 dmýchán kyslík. Po základním oduhličení následuje zpracování v hlubokém vakuu. Teprve po tomto zpracování ve vakuu je lázeň deoxidována a nal ego vána na požadované chemické složení. Tento navrhovaný technologický postup je tedy duplexní: rotační pec 4 - sekundární metalurgie 6.The melt is tapped into the ladle 4 without the need for preliminary deoxidation. Depending on the desired reduction in the carbon content, oxygen is blown to the metal level in the ladle 4. Basic decarburization is followed by deep vacuum treatment. Only after this vacuum treatment is the bath deoxidized and poured to the desired chemical composition. This proposed technological process is therefore duplex: rotary kiln 4 - secondary metallurgy 6.

Příklad 6 - Příprava oceli pro kontílitíExample 6 - Preparation of steel for continuous casting

Tavící agregáty jsou podle potřebného výkonu řazeny vedle sebe. Pro výrobnost pokrývající potřeby současného minimilu, tj. více než 0,5 milionu tun oceli za rok je potřeba nejméně tří rotačních pecí 2. Jednotlivé pánve 4 jsou postupně podle časového harmonogramu transportovány k plynulému odlévání. Požadovaná hmotnost tavby je dosahována v jednom nebo několika tavících agregátech. Odpich ze dvou nebo více rotačních pecí 2 je pak prováděn současně.The melting aggregates are arranged side by side according to the required output. At least three rotary kilns 2 are required for production to meet the needs of the current minimil, ie more than 0.5 million tons of steel per year. The desired melting weight is achieved in one or more melting aggregates. Tapping from two or more rotary kilns 2 is then performed simultaneously.

Claims (10)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob výroby tekuté oceli zpěvné vsázky pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifíkovaného přestupu tepla, který řeší zvýšení celkové tepelné účinnosti tavení kovonosných surovin při snížení investiční náročnosti procesu a v některých případech rovněž snížení emisí skleníkových plynů, vyznačující se t 1 m , že pevná vsázka jako je šrot, surové železo, produkty přímé redukce, napří/briketované přímo redukované železo anebo přímo redukované železo, případně oxidy železa přírodního původu nebo odpady z předchozí výroby železa, se nejprve taví pomocí kyslíkového hořáku (13) na fosilní paliva v baterii (1) rotačních pecí (2), přičemž počet pecí (2) v baterii (1) se volí tak, aby byla dosažena požadovaná doba odpichu, přičemž tavba se řídí podle způsobu odfosfoření a odpichuje se s požadovaným obsahem uhlíku a aktivitou kyslíku, obsah uhlíku v kovu v průběhu procesu se řídí1. A method of producing liquid steel of a feedstock by means of fossil fuels under intensified heat transfer conditions, which solves an increase in the overall thermal efficiency of melting metal-bearing raw materials while reducing the investment cost of the process and in some cases also reducing greenhouse gas emissions. such as scrap, pig iron, direct reduction products, eg / reduced briquetted directly reduced iron or directly reduced iron, eventually iron oxides of natural origin or wastes from previous iron production, are first melted with an oxygen burner (13) to fossil fuel in the battery (1 ) rotary kilns (2), wherein the number of kilns (2) in the battery (1) is selected so as to achieve the desired tapping time, the melt being controlled according to the de-phosphorizing method and tapping with the desired carbon content and oxygen activity metal during the process directs Λ, jedním ze tří níže specifikovaných způsobů^ fSýpaním na povrch kovu a strusky, injektáží do ýbjemu kovu a injektáží plynných nebo kapalných uhlovodíků do objemu kovuVptO odfosfoření roztaveného kovu mimo tavící agregát jsou obsah uhlíku nad 0,15 % a aktivita kyslíku pod 0,02 % hmotnostních, pro odfosfoření roztaveného kovu v tavícím agregátu jsou obsah uhlíku pod 0,15 % a aktivita kyslíku nad 0,02 % hmotnostních, v případě odfosfoření v rotační peci (2) se struska z procesu odfosfoření oddělí od kovu před další zpravidla redukční operací? Ke všecn variantách je dokončení zpracování taveniny provedeno mimo tavící agregáty v konvertoru (5) anebo v sekundární metalurgii (6).By one of the three methods specified below, the carbon content is above 0.15% and the oxygen activity is below 0.02% by spraying onto the metal and slag surface, injecting into the metal volume and injecting gaseous or liquid hydrocarbons into the metal volume. in the melting aggregate, the carbon content is below 0.15% and the oxygen activity is above 0.02% by weight; in the case of de-phosphorizing in a rotary furnace (2), the slag from the de-phosphorizing process is separated from the metal before another ? For all variants, the melt processing is completed outside the melting aggregates in the converter (5) or secondary metallurgy (6). 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tekutý kov s obsahem uhlíku nad 1 % se zpracovává v konvertoru (5) s následným zpracováním v sekundární metalurgii (6), jedná se tedy o triplexním pochod, tj. rotační pec (2) konvertor (5) - sekundární metalurgie (6), přičemž se tekutý kov v konvertoru (5) zpracovává s mim^álním^množstvím strusky, neboť roztavený kov po odpichu z rotační .pěst· pecě\eo.ýfk^^šlmu zpracování, neobsahuje křemík nad 0,1 % a hliník nad 0,05 %.Method according to claim 1, characterized in that the liquid metal with a carbon content above 1% is treated in the converter (5) with subsequent treatment in the secondary metallurgy (6), ie it is a triplex process, ie a rotary kiln (2). - converter (5) - secondary metallurgy (6), wherein the liquid metal in the converter (5) is treated with an extraordinary amount of slag, since the molten metal after tapping from the rotary furnace is treated, it does not contain silicon above 0.1% and aluminum above 0.05%. 3. Způsob podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že tekutý kov z rotační pece (2) s obsahem uhlíku nad 1 % obsahem křemíku pod 0,1 % a hliníku pod 0,05 %, se zpracovává v pánvi (4) s velkou volnou výškou nad hladinou kovu minimálně 1,25 m, při zpracování v pánvi (4) se používá zařízení využívající dmýchání kyslíku na hladinu kovu, přičemž se přednostně používá zařízení využívající sníženého tlaku.Method according to claim 1, characterized in that the liquid metal from the rotary kiln (2) with a carbon content above 1% of silicon content below 0.1% and aluminum below 0.05% is treated in a ladle (4) with a high free height above the metal level of at least 1.25 m, in the treatment in the ladle (4) a device is used which uses oxygen blowing to the metal level, preferably using a device using a reduced pressure. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tekutý kov s obsahem uhlíku pod 1 % se dále zpracovává v zařízení sekundární metalurgie (6), přičemž se přednostně použije zařízení využívající sníženého tlaku.Method according to claim 1, characterized in that the liquid metal with a carbon content below 1% is further processed in a secondary metallurgy plant (6), preferably using a device using reduced pressure. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se využívá tepla odcházejících plynů pro předehřev tuhé vsázky nebo kyslíkem obohaceného vzduchu, přičemž alternativa s využitím předehřátého kyslíkem obohaceného vzduchu se využívá zejména pro první fázi tavení, tj. ohřev vsázky s cílem snížit spotřebu kyslíku.Method according to claim 1, characterized in that the heat of the outgoing gases is used for preheating the solid charge or oxygen-enriched air, the alternative using preheated oxygen-enriched air being used in particular for the first stage of melting, ie heating the charge to reduce consumption. of oxygen. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že kov se při tavení chrání struskou nebo je vystaven přímému kontaktu se spalinami a že se přestup tepla zajišťuje jednak vedením tepla přes strusku, sáláním plamene přímo do kovu, na strusku a na vyzdívku (27), dále sáláním vyzdívky (27) a dále přímým kontaktem kovu a strusky s vyzdívkou (27), přičemž posílení radiační složky přestupu tepla je dosaženo karburizací plamene.Method according to claim 1, characterized in that the metal is protected by slag during melting or subjected to direct contact with the flue gas and that the heat transfer is ensured, on the one hand, by heat transfer through the slag, by flame radiation directly into the metal, slag and lining ), further by radiation of the lining (27) and further by direct contact of the metal and slag with the lining (27), whereby the radiation component of the heat transfer is enhanced by flame carburization. 7. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se provádí redukce kovonosných oxidických odpadů na rozhraní struska kov uhlíkem z kovu anebo strusky.Method according to claim 1, characterized in that the reduction of the metal-bearing oxidic wastes is carried out at the slag-metal interface with carbon from the metal or slag. 8. Zařízení k provádění způsobu dle nároku 1,vyznačující se tím, že sestává z minimálně dvou rotačních pecí (2), uspořádaných do baterie (1), umožňující dosažení vhodné frekvence odpichů a velikosti tavby pro následné operace zejména kontilití, výše zmíněná rotační pec (2) je tvořena nádobou (11) s pláštěm (26), dvěma vypouklými čely (12, 19) a vnitřní žáruvzdornou vyzdívkou (27), je opatřena na svých koncích ve směru své podélné osy (30) otvory, kde do prvního otvoru je nastrčen kyslíkový hořák (13) na fosilní paliva, který je buď pevný a neumožňuje řízení směru plamene anebo je pohyblivý umožňující řízení směru plamene, k hořákovému otvoru se přidává zařízení pro injektáž, např. injektážní tryska (14) uhlíku nebo dalších přísad zejména struskotvorných, a i tato dodatková zařízení jsou pevná nebo umožňují měnit úhel sklonu, přídavná injektážní zařízení jsou konstrukčně řešena jako integrální součást hořáku (13) nebo jako samostatná zařízení, s možností rychlé výměny, na druhý otvor je napojen odvod spalin, jeden z otvorů je současně sázecím otvorem pevné vsázky, dále je rotační pec (2) vybavena alespoň jedním excentricky umístěným odpichovým otvorem kovu nebo strusky, přičemž celá nádoba (11) je sklopná trv příčném směru k ose (30) rotace, odpich se provádí do jedné pánve (4) a to přímo nebo pomocí soustavy licích žlabů (25).Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of at least two rotary kilns (2) arranged in a battery (1) to achieve a suitable tapping frequency and melt size for subsequent operations, in particular continuous casting, (2) is formed by a container (11) with a jacket (26), two convex faces (12, 19) and an internal refractory lining (27), provided with openings at its ends in the direction of its longitudinal axis (30), an oxygen burner (13) for fossil fuels is inserted, which is either solid and does not control the flame direction or is movable to control the flame direction, an injection device such as a carbon injection nozzle (14) or other additives, especially slag-forming additives, is added to the burner opening. and even these additional devices are fixed or allow the angle of inclination to be varied, the additional grouting devices are k designed as an integral part of the burner (13) or as a separate device, with the possibility of rapid exchange, the second hole is connected to the flue gas outlet, one of the holes is also a charging hole of the fixed charge, the rotary kiln (2) is equipped with at least one eccentrically placed tapping an opening of metal or slag, wherein the entire vessel (11) is a tilting duration transverse to the axis of rotation (30), tapping is performed in one ladle (4) directly or by means of a set of casting troughs (25). 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že baterie (1) rotačních pecí (2) má společné napojení na periferní zařízení jako je např. čistírna odpadních plynů, sázecí zařízení, přívod plynů, atp.Device according to claim 8, characterized in that the battery (1) of the rotary kilns (2) has a common connection to peripheral devices such as a waste gas treatment plant, a charging plant, a gas supply, and the like. 10. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že vyzdívka (27) je tvořená několika vrstvami materiálu včetně tepelné izolační vrstvy, přičemž její ochrana proti cyklické únavě je zabezpečována struskou, která se při otáčení rotační pece (2) nabaluje na její stěny, nebo vhodnou rychlostí otáčení rotační pece (2), zabraňující přehřátí vyzdívky (27) nad hořákem (13).Device according to claim 8, characterized in that the lining (27) is made up of several layers of material including a thermal insulating layer, and its protection against cyclic fatigue is provided by slag which is rolled onto its walls when the rotary kiln (2) is rotated. or at a suitable rotation speed of the rotary kiln (2) to prevent the lining (27) from overheating above the burner (13).
CZ20032954A 2003-10-30 2003-10-30 Process for producing molten steel from solid charge and apparatus for making the same CZ295780B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20032954A CZ295780B6 (en) 2003-10-30 2003-10-30 Process for producing molten steel from solid charge and apparatus for making the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20032954A CZ295780B6 (en) 2003-10-30 2003-10-30 Process for producing molten steel from solid charge and apparatus for making the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ20032954A3 true CZ20032954A3 (en) 2005-07-13
CZ295780B6 CZ295780B6 (en) 2005-11-16

Family

ID=34706086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20032954A CZ295780B6 (en) 2003-10-30 2003-10-30 Process for producing molten steel from solid charge and apparatus for making the same

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ295780B6 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ297878B6 (en) * 2005-11-09 2007-04-18 Raclavský@Milan Method of treating metalline waste containing zinc in revolving furnace
CZ301924B6 (en) 2009-02-10 2010-08-04 Raclavský@Milan Refining technology of and a device for treating metalline zinc-containing waste in revolving furnace

Also Published As

Publication number Publication date
CZ295780B6 (en) 2005-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2875120B2 (en) Electric arc furnace for steelmaking
KR100447536B1 (en) Continuous charge preheating, melting, refining and casting
US5378261A (en) Method for producing steel
JP5552754B2 (en) Arc furnace operation method
KR20000068375A (en) Installation and method for producing molten metal
JPH0442452B2 (en)
US6241798B1 (en) Iron smelting process and plant according to the multiple zone smelting process
JP5236926B2 (en) Manufacturing method of molten steel
JP4829778B2 (en) Direct smelting equipment
JPS5839214B2 (en) Non-ferrous metal smelting method
US5417740A (en) Method for producing steel
JP3721154B2 (en) Method for refining molten metal containing chromium
CZ20032954A3 (en) Process for producing liquid steel from solid charge and apparatus for making the same
US3533612A (en) Steel making apparatus including scrap preheater
CN211079224U (en) Movable preheats device of steel scrap
EP1226283B1 (en) High temperature premelting apparatus
RU2548871C2 (en) Method for direct production of metals from materials containing iron oxides (versions) and device for implementing it
WO2022234762A1 (en) Electric furnace and steelmaking method
UA121337C2 (en) Channel type induction furnace
AU662372B2 (en) An electric arc furnace arrangement for producing steel
JPH1123156A (en) Fusion furnace for metal, and fusion method for metal
US3602489A (en) Method and apparatus for making steel
Lückhoff et al. WIRLD’S FIRST EAF QUANTUM
JPS63247309A (en) Continuous melting and refining steelmaking method
Evstratov et al. Modernization of the steelmaking facilities at the Asha Metallurgical Plant

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20141030