CZ278679B6 - Process for producing steel from a charge of liquid pig iron and steel scrap in a converter - Google Patents

Description

Způsob výroby oceli ze vsázky tekutého surového železa a ocelového šrotu v konvertoru

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby oceli ze vsázky tekutého surového železa a ocelového šrotu v konvertoru s kombinovaným dmýcháním zkujňovacího kyslíku spodem pod hladinu taveniny a shora na hladinu taveniny a řeší zvýšení podílu ocelového šrotu ve vsázce.

Známy stav techniky

Ocel se dnes převážně vyrábí za použití technicky čistého kyslíku v konvertorech o kapacitě 30 až 400 tun. V provozní praxi se používají dva zásadně rozdílné způsoby zkujňování. Při jednom z nich se kyslík dmýchá nad hladinu taveniny, což se používá i při zpracování surového železa š vysokým obsahem fosforu. Při druhém způsobu se kyslík dmýchá pod hladinu taveniny. První způsob se nazývá procesem s dmýcháním shora, druhý procesem se spodním dmýcháním.

V kyslíkových konvertorech s dmýcháním shora se kyslík dmýchá měděnou dmyšnou, vyčnívající do prostoru konvertoru, jíž se přivádí kyslík nad hladinu taveniny a to buď s příměsí vápna, nebo bez této příměsi. S klesajícím obsahem uhlíku v tavenině se reakce mezi kyslíkem a příměsemi železa, zejména uhlíkem, pozvolna snižuje, čímž se snižuje i intenzita pohybu taveniny, která zásadně ovlivňuje vyrovnávání koncentrace prvků uvnitř taveniny.

U kyslíkových konvertorů se spodním dmýcháním se kyslík přivádí pomocí trysek, obklopených proudem uhlovodíků a umístěných ve vyzdívce konvertoru.

Do proudu kyslíku se přidávají struskotvorné přísady. Přiváděním reakčních složek tryskami do taveniny vznikají optimální podmínky pro průběh chemických reakcí a i na konci zkujňovacího procesu se lázeň intenzivně promíchá, což má za následek příznivé metalurgické výsledky zkujňovacího procesu.

Při dmýchání kyslíku shora je možno zvýšit podíl šrotu ve vsázce proti způsobu se spodním dmýcháním asi o 3 %, to je o 30 kg šrotu na tunu vyrobené oceli.

Dosud bylo předloženo mnoho návrhů na odstranění jednotlivých nedostatků obou těchto způsobů. Pro dosažení některých specifických cílů bylo též navrženo spojit oba způsoby.

V rakouském patentovém spisu č. 168 590 se pojednává o možnosti doplnit dmýchání kyslíku shora přiváděním míchacího plynu, neobsahujícího kyslík, boční tryskou, umístěnou ve stěně konvertoru pod hladinou taveniny, aby se zlepšil pohyb taveniny. Nevýhoda tohoto způsobu je v tom, že nepříznivě ovlivňuje tepelnou bilanci zkujňovacího procesu. Míchací plyn odebírá tavenině teplo a tím snižuje přípustný podíl šrotu ve vsázce.

-1CZ 278679 B6

V americkém patentovém spisu č. 3 030 203 se popisuje způsob, při němž se kyslík nejprve dmýchá chlazenou dmyšnou shora. Po sklopení konvertoru se chlazená dmyšna ponoří do taveniny. To má ovšem tu nevýhodu, že chlazená dmyšna, ponořená do taveniny, odvádí z taveniny teplo. Soustředěné přivádění kyslíku do jednoho místa kovové taveniny způsobuje vystřikování tekutého kovu.

V americkém patentovém spisu č. 3 259 484 se kombinuje vrchní přivádění kyslíku dmyšnou a přivádění kyslíku průlinčitým dnem konvertoru, zhotoveným ze žáruvzdorného materiálu. Tak lze ovšem dnem konvertoru přivádět jen poměrně malé množství kyslíku. Průtok kyslíku průlinčitými žáruvzdornými cihlami snižuje za současného stavu techniky podstatně jejich životnost, takže vyzdívka dna konvertoru vydrží jen málo taveb.

Francouzský patentový spis č. 2 121 522 se vztahuje na způsob, při němž se použití horní dmyšny kombinuje s tryskami ve dně konvertoru. Přitom se kyslík, přiváděný shora a spodem, zavádí do různých pásem tekuté kovové taveniny. Například v první fázi zkujňování, výhodně v období, kdy se spaluje křemík, se kyslík dmýchá jen tryskami ve dně. Pak, to je asi po 3 minutách, se do konvertoru zasune horní dmyšna a kyslík se dmýchá směrem na taveninu. Účelem tohoto způsobu je vyrobit ocel vyšší pevnosti, tedy ocel s vyšším obsahem uhlíku při dostatečně nízkém obsahu fosforu. Přivádění kyslíku shora má zvýšit obsah oxidu železnatého ve strusce, což je předpokladem účinného odfosforování. Dále se tím má zabránit vzniku hnědého dýmu.

V německém zveřejňovacím spisu DOS č. 237 253 se popisuje použití trysek s ochranným prostředím, vytvořených ze soustředných trubek, vestavěných do žáruvzdorné vyzdívky dna i do boční stěny konvertoru. Trysky, umístěné v horní části boční stěny, se používají pro přívod suspenze, složené z práškovitých struskotvorných látek a nosného plynu. Trysky v boční stěně konvertoru jsou uspořádány tak, že ve dmýchací poloze konvertoru jsou pod hladinou taveniny, nebo tak, že jsou nad hladinou a směřují šikmo na ni. Pokud jsou umístěny nad hladinou taveniny, používá se jich jen k přivádění práškových struskotvorných látek.

Jedním ze znaků uvedeného řešení je, že velikost práškových částic je zvolena tak, aby dobře pronikaly do taveniny.

Podle jiného znaku tohoto řešení je možno u trysek, umístěných podle hladinou taveniny, používat jako nosný plyn čistý kyslík. Přitom se používají známé trysky pro spodní dmýcháhí.

Podstatou řešení podle německého zveřejňovacího spisu DOS č. 2 237 253 je, že na taveninu se dmýchá suspenze nosného plynu a práškových struskotvorných látť.. Tento způsob však nemá výhody jako dmýchání struskotvorných látek tryskami pod hladinou taveniny, jak je známo například z německého patentového spisu č. 1 966 314.

Neměcký vykládací spis DOS č. 2 405 351 se vztahuje na kombinaci horního a spodního dmýchání kyslíku. Zkujňovací proces začne dmýchání shora. Spodní dmýchání se zavádí, případně stupňuje, jakmile se zkujňovací účinek začíná snižovat. Tento zjev na-2CZ 278679 B6 stává podle popisu při poklesu obsahu uhlíku pod 0,2 až 0,05 % hmotnosti. Tím, že se kyslík dmýchá nejprve shora, není možno se vyhnout nevýhodám, spojeným s horním dmýcháním.

Do známého stavu techniky patří i německý zveřejnovací spis DOS č. 2 522 467, patentový spis NDR č. 101 916 a americký patentový spis č. 3 895 784. Jejich společným znakem je použití horních dmyšen v obvyklém kyslíkovém konvertoru se spodním dmýcháním, aby se dodatečným spalováním oxidu uhelnatého zlepšila tepelná bilance. Horní dmyšny jsou opatřeny ochranným uhlovodíkovým opláštěním.

Podle německého zveřejňovacího spisu DOS č. 2 522 467 se dodatečným spalováním oxidu uhelnatého zvyšuje vývin tepla v horní oblasti konvertoru, tzv. klobouku, aby se tam zabránilo vzniku nánosu ztuhlé taveniny.

Patentový spis NDR č. 101 916 popisuje dodatečné spalování oxidu uhelnatého v konvertoru a jiných zařízeních pro zkujňování železa. Hlavními znaky řešení je poloha kyslíkových dmyšen nad hladinou taveniny a regulace poměru množství kyslíku, přiváděného do dmyšen nad hladinou taveniny, a do trysek pod hladinou taveniny.

Vestavěné dmyšny pro dodatečné spalování oxidu uhelnatého se nemají od vodorovné roviny odklánět směrem nahoru nebo dolů o více než 20°, výhodně ne o více než 10°. Ještě výhodnější je mírný sklon dmyšen směrem dolů, a to ne více než o 5°. Za nejvýhodnější se považuje sklon 4°. Z těchto údajů je zjevné, jak velký význam se přikládá vodorovné poloze dmyšen pro dodatečné spalování oxidu uhelnatého.

Rychlost dmýchání kyslíku tryskami ve dně konvertoru se musí regulovat tak, aby se vývoj oxidu uhelnatého optimalizoval. Potřebné množství kyslíku pro spálení oxidu uhelnatého na oxid uhličitý se dmýchá do pásma vzniku oxidu uhelnatého poblíž hladiny taveniny. Jako výhodné množství kyslíku, dmýchaného bočními dmyšnami, se v tomto patentovém spise uvádí 25 až 30 % obj. celkového množství nadmýchaného kyslíku. Množství kyslíku, dmýchaného bočními dmyšnami, je omezeno i tím, že proud kyslíku nesmí poškozovat vyzdívku ve směru proti dmýchanému proudu.

Americký patentový spis č. 3 895 784 rozvíjí myšlenku řízené přeměny oxidu uhelnatého v oxid uhličitý a popisuje regulační obvod, který analyzuje složení spalin a podle něho reguluje přívod kyslíku do zkujňovací nádoby a mění polohu dmyšen pro přívod kyslíku nad hladinou taveniny. V provozní praxi je však změna polohy dmyšen, vestavěných ve stěně konvertoru, během zkujňování zcela neproveditelná. Otvory ve stěně konvertoru se po krátké době ucpou vystřikující ocelí a dmyšnami · ak již nelze pohybovat.

Při dmýchání kyslíku nad hladinu taveniny je nutné pro dosažení metalurgických reakcí vytvořit v konvertoru co nejdříve struskovou pěnu. Tato strusková pěna vyplňuje pak podstatnou část volného prostoru nad hladinou taveniny a proud kyslíku proudí pak převážnou dobu zkujňovacího procesu touto struskovou pěnou. Při takovém postupu se zvyšuje obsah oxidu železnatého ve strusce se známými metalurgickými účinky, jako při prostém dmýchání prou-3CZ 278679 B6 du shora dmýchaného kyslíku do taveniny.

To tedy znamená, že při známém přídavném horním dmýchání kyslíku dmyšnami vodorovnými, nebo skloněnými až o 20° k vodorovné rovině, nelze přenést žádné významnější množství tepla do taveniny, ani při dmýchání kyslíku shora v množství 10 až 20 % obj. z celkově nadmýchaného kyslíku. Dodatečné spalování konvertorových odpadních plynů způsobuje pouze poškození žáruvzdorné vyzdívky konvertoru. Při těchto způsobech se předčasně opotřebovává zejména vyzdívka v klobouku konvertoru a na stěnách ve směru proti kyslíkovým dmyšnám. Příčinou tohoto nadměrného opotřebení vyzdívky je vysoká teplota v horní části konvertoru. Zvýšení podílu shora dmýchaného kyslíku nad 20 % obj. z celkového množství jen dále zvyšuje poškozování vyzdívky.

Všem uvedeným známým způsobům je společná ta skutečnost, že žádným z nich není možno významně zvýšit přivádění tepla do taveniny· Proto žádný z těchto způsobů se dosud úspěšně neuplatnil v provozní praxi.

Úkolem vynálezu je zdokonalit výrobu oceli v kyslíkovém konvertoru se spodním dmýcháním tak, aby se zlepšila tepelná bilance zkujňovacího procesu, což by umožnilo zvýšit podíl pevných složek, zejména šrotu, ve vsázce. Přitom je nutno zachovat známé výhody zkujňovacího procesu se spodním dmýcháním kyslíku, zejména možnost spolehlivého řízení zkujňovacího procesu, bezpečné roztavení vsazeného šrotu, vyšší výtěžnost, nízký obsah uhlíku ve vyrobené oceli a nízký obsah oxidu železnatého ve vypouštěné strusce.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby oceli ze vsázky tekutého surového železa a ocelového šrotu v konvertoru s kombinovaným dmýcháním zkujňovacího kyslíku spodem pod hladinu taveniny v obalovém proudu ochranného média a shora na hladinu taveniny, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že 20 až 80 % obj. z celkového potřebného množství zkujňovacího kyslíku se dmýchá shora na hladinu taveniny ve formě alespoň jednoho turbulentního volného paprsku, nasměrovaného na hladinu taveniny, nasávajícího nad hladinou taveniny uvolňované zplodiny ze zkujňovací reakce a přivádějícího je po dodatečném spálení v nich obsaženého oxidu uhelnatého zpět do kontaktu s hladinou taveniny, přičemž zbývajících 80 až 20 % obj. z celkového potřebného množství zkujňovacího kyslíku se dmýchá spodem pod hladinu taveniny a při vzniku struskové pěny na hladině taveniny se pro potlačení její tvorby vnášejí do taveniny v obalovém proudu ochranného média prachové struskotvorné látky a/nebo palivo. Výhodně se při vzniku struskové pěny přivádí do taveniny vápenný prach a/nebo práškové palivo, Obsahující ůilík.

Turbulentním volným paprskem se rozumí fyzikální jev, popsaný např. v publikaci W. Albring Angewandte Stróraungslehre nakladatelství Theodor Steinkopff, Dresden und Leipzig, 1962 na str. 328 až 330. Jedná se o paprsek plynu, vystupujícího velkou rychlostí, blížící se až rychlosti zvuku, z rovinného nebo kruhového otvoru ve stěně do volného prostoru, naplněného stejným médiem. Volný turbulentní paprsek strhává s sebou okolní plyn

-4CZ 278679 B6 a předává mu svoji energii, takže rychlost plynu ve volném paprsku postupně klesá s narůstající vzdáleností od výstupního otvoru, přičemž šířka paprsku se zvětšuje. Dochází při tom k promísení mezi plynem paprsku a jej obklopujícím médiem. Tento postup je zajímavý se zřetelem na procesy spalování. Když se dmýchá paprsek spalitelného plynu a jako jej obklopující médium je volen vzduch nebo kyslík, je-li teplota dostatečně vysoká, je stupeň míšení rozhodujícím kriteriem pro spalování. Proces míšení může probíhat laminárně nebo turbulentně.

Pro účinnost způsobu podle vynálezu je nutné, aby dráha turbulentního volného paprsku v plynovém prostoru konvertoru byla dostatečně dlouhá. Proto podle dalšího znaku vynálezu je délka dráhy každého turbulentního volného paprsku, měřená mezi výstupním otvorem trysky a klidnou hladinou taveniny, rovná čtyřicetinásobku až osmdesátinásobku průměru výstupního otvoru trysky.

Aby se zabránilo nadměrnému opotřebení vyzdívky konvertoru a podpořilo se míchání taveniny, jakož i přenos tepla z turbulentního volného paprsku na taveninu, je úhel dopadu turbulentního volného paprsku vůči klidné hladině taveniny nejméně 35°. Spotřeba uhlovodíků k ochraně trysky pro dmýchání shora je nižší, než při spodním dmýchání.

Způsob výroby oceli z tekutého surového železa a ocelového šrotu má podle vynálezu další četné výhody.

Podíl tuhé železonosné přísady ve vsázce, např. podíl ocelového šrotu, se ve srovnání s výrobou oceli v kyslíkovém konvertoru se spodním dmýcháním zvyšuje o 5 až 10 %. Lze tedy zvýšit hmotnost vsazeného šrotu o 50 až 100 kg na tunu vyrobené oceli. Tento podíl ocelového šrotu je tedy vyšší i oproti výrobě oceli v kyslíkovém konvertoru s dmýcháním shora. Přitom vyšší podíl šrotu ve vsázce při dmýchání shora oproti spodnímu dmýchání je alespoň zčásti umožněn exothermickou oxidací železa. Při použití způsobu podle vynálezu zůstává však podíl oxidu železnatého ve strusce tak nízký jako při spodním dmýchání. Toho nelze dosáhnout žádným ze známých způsobů dmýchání kyslíku shora na hladinu taveniny a to z důvodů shora uvedených.

Přiváděním nejméně 20 % obj. kyslíku z celkového nadmýchaného množství pod hladinu taveniny se zabrání vzniku struskové pěny v konvertoru, přičemž tímto spodně dmýchaným kyslíkem se přivádí do taveniny podstatná část vápna. Tím, že nad hladinou taveniny nevzniká strusková pěna, má kyslík, dmýchaný shora, tvar volného turbulentního paprsku, který naráží na hladinu taveniny. To umožňuje přenášet na taveninu asi 90 % energie, vznikající dodatečným spálením konvertorových odpadních plynů. Dráha turbulentního volného paprsku kyslíku v plynovém prostoru konvertoru je dostatečně dlouhá a turbulentní volný paprsek na ní nasaje dostatečné množství konvertorových odpadních plynů. Přitom se kyslík a konvertorové odpadní plynné zplodiny promísí, takže na povrch taveniny naráží už jen horký plyn, který je složen z kysličníku uhelnatého a kysličníku uhličitého a prakticky neobsahuje volný kyslík. Tím se sníží i tvorba hnědého dýmu, to je spalování železa. Při způsobu podle vynálezu se spálí asi jen 0,3 % hmot, železa, tedy asi jen tolik, jako při prostém dmýchání kyslíku spodem.

-5CZ 278679 B6

Při způsobu podle vynálezu nenastává zvýšené opotřebení vyzdívky konvertoru. To je způsobeno tím, že paprsek kyslíku nenaráží na stěnu konvertoru, ale pouze na hladinu taveniny.

Při spodním nadmýchání již 20 až 30 % obj. z celkového množství kyslíku se zvyšuje podíl šrotu ve vsázce asi o 40 kg na tunu oceli. Dalším zvýšením podílu spodem nadmýchaného kyslíku na cca 50 % se zvýší podíl šrotu ve vsázce asi o 6 % hmot, ve srovnání s výrobou oceli v kyslíkovém konvertoru pouze se spodním dmýcháním. Podíl šrotu, vyjádřený hmotnostním poměrem šrotu k vyrobené tekuté oceli, se tedy zvýší z 27 %, obvyklých při výrobě oceli v kyslíkovém konvertoru se spodním dmýcháním, na 33 % při způsobu podle vynálezu. Tím se v příslušné míře sníží podíl surového železa ve vsázce. Při způsobu podle vynálezu se zvýší spotřeba kyslíku asi o 60 Nm³ na tunu vytavené oceli, než je obvyklá při prostém spodním dmýchání, tj. asi o 12 % obj.. Při obsahu 0,02 % hmot, uhlíku v hotové oceli činí obsah kysličníku železnatého ve strusce asi 15 % hmot. Při výrobě oceli s obsahem 0,05 % hmot, uhlíku klesne obsah kysličníku železnatého ve strusce asi na 8 % hmot. To jsou výsledky obvyklé při prostém dmýchání kyslíku spodem.

Zvýšením spotřeby kyslíku asi o 12 % obj. se spálí asi 24 % obj. kysličníku uhelnatého v konvertorových odpadních plynech na kysličník uhličitý. Množství tepla, které se tím uvolní, stačí při tepelné účinnosti 90 % roztavit oněch 6 % hmot, šrotu, jež jsou ve vsázce navíc. Při způsobu podle vynálezu se přenese na taveninu téměř veškeré teplo, uvolněné spálením kysličníku uhelnatého na kysličník uhličitý.

Kyslík, přiváděný do konvertoru, se dokonale zužitkuje. Jeho podstatný podíl, asi 75 % obj., se podílí na zkujňovacích reakcích. Zbývající množství kyslíku se využije k dodatečnému spalování kysličníku uhelnatého a tím umožní zvýšení podílu šrotu ve vsázce.

Na hladinu taveniny naráží turbulentní volný paprsek plynu, složený z kysličníků uhelnatého a uhličitého, jehož teplota je značně vyšší než teplota taveniny a činí asi 2500 ’C. Povrch hladiny taveniny, na níž probíhají chemické reakce a přestup tepla, je značný vlivem intenzivního pohybu lázně, způsobeného přívodem kyslíku pod hladinu taveniny. Hladina taveniny se vlní a stříká do výše nejméně jednoho metru. Tento značně zvětšený reakční povrch taveniny, který při způsobu podle vynálezu existuje po podstatnou dobu zkujňování, je nejspíše rozhodující příčinou vysokého využití kyslíku a dobrého přestupu tepla do taveniny.

Pokud jsou turbulentní volné paprsky kyslíku, dmýchaného shoř? nasměrovány na místo s největší tloušťkou struskové vrstvy, lze zvýšit podíl šrotu ve vsázce áž o 10 % hmot, ve srovnání s výhradně spodním dmýcháním kyslíku, tedy na 37 % z hmotnosti vyrobené oceli.

Při použití způsobu podle vynálezu je možno snížit počet trysek ve dně konvertoru ve srovnání s kyslíkovým konvertorem výhradně pro spodní dmýchání a to asi o polovinu. Tím se jednak zvětšuje vnitřní prostor konvertoru, jednak se snižuje spotřeba

-6CZ 278679 B6 ochranných uhlovodíků asi o jednu třetinu.

Objasnění obrázku na výkrese

Na připojeném výkresu je znázorněn příklad kyslíkového konvertoru, vhodného pro výrobu oceli způsobem podle vynálezu.

Konvertor je opatřen pláštěm 1 z ocelového plechu, v němž je uspořádána žáruvzdorná vyzdívka 2. ^Ve vyměnitelném dnu 2 konvertoru jsou umístěny spodní trysky 4, vytvořené ze dvou soustředných trubek. Vnitřní trubka spodní trysky 4 je spojena přívodní trubkou £ s rozdělovačem 5 vápna. Do rozdělovače 5 vápna se sběrným potrubím 7 přivádí suspenze práškového vápna a kyslíku. Do prstencové štěrbiny spodní trysky 4 se přivádějí buď plynné nebo kapalné uhlovodíky. Přeřazení z plynných uhlovodíků na kapalné a naopak se provádí tlakově řízenými přepojovacími ventily £, do nichž se plynovými potrubími 9 přivádějí plynné uhlovodíky a kapalinovými potrubími 10 uhlovodíky kapalné. Od přepojovacího ventilu £ vede spojovací potrubí 11 k prstencové štěrbině spodní trysky 4. Je výhodné vytvořit přírubu spodní trysky 4 s přepojovacím ventilem £ jako stavební jednotku.

Nad čepy 12 pro sklápění konvertoru jsou v žáruvzdorné vyzdívce 2 konvertoru umístěny dvě vrchní trysky 13 , složené rovněž ze dvou soustředných trubek. Tyto vrchní trysky 13 pro přivádění kyslíku shora jsou umístěny asi 2 m nad hladinou 16 taveniny v jejím klidném stavu. Vrchní trysky 13 jsou skloněny k vodorovné rovině o úhel 17, který činí asi 45°, a jsou nasměrovány na hladinu 16 taveniny. K vrchním tryskám 13 se přivádí kyslík kyslíkovým potrubím 14 a uhlovodíky přídavným potrubím 15.

U výstupního otvoru 18 vrchní trysky 13 se vytváří turbulentní volný paprsek 19 v plynovém prostoru konvertoru, jež vyplňuje vrchní pásmo 20 konvertoru. Turbulentní volný paprsek 19 vystupuje z výstupního otvoru 18 vrchní trysky 13 přibližně rychlostí zvuku. Tím strhává s sebou odpadní plynné zplodiny ve směru šipek 21. Odpadní plyny jsou tvořeny převážně kysličníkem uhelnatým.

Turbulentní volný paprsek 19 dopadá velkou rychlostí, blížící se rychlosti zvuku na povrch 22 zvířené směsi taveniny a strusky, jež se vytváří ve středním pásmu 24 konvertoru. Tuto směs nadále zviřuje, přičemž spaluje kysličník uhelnatý v odpadních plynech na kysličník uhličitý a získané teplo předává tavenině ve spodním pásmu 23 konvertoru.

Kyslík se suspendovaným vápnem nebo bez něho, přiváděný spodními tryskami 4 ve dnu £ konvertoru, způsobuje pohyb taveniny a tím i rychlé vyrovnávání koncentrací jednotlivých prvků v tavenině. Přitom se vytvářejí již uvedená tři pásma v konvertoru, a to spodní pásmo 23 s hladinou 16., naplněné taveninou, střední pásmo 24 s nepravidelným povrchem 22, naplněné vířící směsí taveniny a strusky a konečně vrchní pásmo 20, tvořené plynovým prostorem.

Střední pásmo 24 nelze zaměňovat s pásmem pěnové strusky, vznikající při prostém dmýchání kyslíku do prostoru nad hladinu taveniny. Při způsobu podle vynálezu dochází ve středním pásmu

-7CZ 278679 B6 k stříkáním a erupcím tekutého kovu, který se přitom intenzivně míchá s tekutou struskou. Do středního pásma 24, které je v nuceném pohybu a v němž probíhají reakce mezi roztaveným kovem a struskou, zasahují impulsy turbulentního volného paprsku .19 o vysoké teplotě a rychlosti a předávají svoji energii tavenině.

Vzhledem k vysoké teplotě turbulentního volného paprsku 19 jsou plyny v něm obsažené převážně disociovány. Při dopadu turbulentního volného paprsku na povrch 22 směsi tekutého kovu a strusky, případně při jeho proniknutí do středního pásma 24, se disociované složky rekombinují a vzniklé teplo se předává tavenině ve spodním pásmu 23.

Znázorněný kyslíkový konvertor, vhodný pro způsob podle vynálezu, je možno dále obměňovat.

V konvertoru o kapacitě 60 t oceli jsou kromě spodních trysek 4, uspořádány dvě vrchní trysky 13 nad čepy 12 konvertoru, skloněné k vodorovné rovině o 45°. Výstupní otvory 18 vrchních trysek 13 jsou u nově vyzděného konvertoru umístěny 2 m nad hladinou taveniny. S pokračujícím provozem se tato vzdálenost postupně zvyšuje až na 3 m. Vnitřní průměr kyslíkové trubky vrchní trysky 13 je 40 mm, prstencová štěrbina pro přívod uhlovodíků má šířku 1 mm. Jako ochranný plyn se dmýchá propan v množství 1 % podle objemu z dmýchaného kyslíku.

o

Při celkově přiváděném množství kyslíku 20 000 Nm /h, z čehož přibližně polovina se dmýchá spodními tryskami 4 a zbytek vrchními tryskami 13, činí doba zkujňování přibližně 10 minut. Šrotu se vsadí o 4 tuny více, než při prostém spodním dmýchání. Obsah kysličníku železnatéhó ve strusce je přibližně týž, jako při prostém spodním dmýchání.

Umístění vrchních trysek 13 ve výšce 2 m nad klidnou hladinou taveniny umožňuje poměrně snadno zvýšit počet těchto vrchních trysek. V tom případě je vhodné umístit vrchní trysky 13 ve vrchní části konvertoru, zvané klobouk. Protože stěny konvertoru jsou v této jeho části skloněny, je průchozí otvor pro vrchní trysky 13 kratší. Rovněž žáruvzdorná vyzdívka se snáze přizpůsobuje umístění vrchních trysek 13. Tak například při umístění šesti vrchních trysek 13 v klobouku konvertoru jsou vrchní trysky skloněny k vodorovné rovině pod úhlem v rozmezí 45° až 75°. Vrchní trysky 13 jsou nasměrovány tak, aby místa dopadu příslušných turbulentních volných paprsků byla rozložena rovnoměrně po hladině taveniny.

Zvětšením počtu vrchních trysek 13 lze dále zvýšit účinnost způsobu podle vynálezu. Je možno dále zvýšit podíl šrotu ve vsázce při zachování nízkého podílu kysličníku železnatéhó ve .strusce.

Zvýšit podíl šrotu ve vsázce o více jak 5 % hmot, ve srovnání s prostým dmýcháním kyslíku zespodu je možno tím, že turbulentní volné paprsky, vystupující z vrchních trysek 13., dopadají na ta místa povrchu taveniny, kde vrstva strusky je největší. Tím je možno zvýšit podíl šrotu ve vsázce až o 10 % hmot, ve srovnání s prostým dmýcháním kyslíku zespoda, tedy na 37 % z hmotnosti vytavené oceli. Spotřeba kyslíku se přitom zvyšuje

-8CZ 278679 B6 asi o 20 % obj. ve srovnání s jeho spotřebou při prostém dmýchání zespodu. Tento účinek se vysvětluje tím, že turbulentní volné paprsky vhodně zasahují směs tekutého kovu a strusky a zároveň způsobují intenzivní rotaci odpadních konvertorových plynů a tím i lepší využití jejich skryté tepelné a chemické energie.

Kyslík může být dmýchán na hladinu taveniny i jen jedinou dmyšnou. To je vhodné tehdy, když se na použití způsobu podle vynálezu přestavuje konvertor, pracující původně jen s vrchním dmýcháním, který je takovouto dmyšnou již opatřen.

Při použití dmyšny pro přivádění kyslíku na hladinu taveniny je nutno dodržet všechny podmínky způsobu podle vynálezu. Nejdůležitější je přitom zabránit vzniku zpěněné strusky, což se dosáhne přiváděním podstatného množství vápna dmýcháním pod hladinu taveniny.

Při přestavbě konvertoru, který původně pracoval jen se spodním dmýcháním, na konvertor vhodný pro způsob podle vynálezu, je možno snížit počet spodních trysek 4, uspořádaných ve dnu 2 konvertoru. To nemá žádné nevýhody, pokud průřez spodních trysek 4 postačí k dopravě potřebného množství struskotvorných látek. Obvykle se počítá s množstvím 10 kg struskotvorných látek na jeden Nm³ dmýchaného kyslíku. To je výhodné zejména při zpracovávání surového železa s nízkým obsahem fosforu, kde je spotřeba přiváděného vápna nižší, než při zpracovávání surového železa s vysokým obsahem fosforu.

Pokud se zpracovává surové železo s vysokým obsahem fosforu, je nutno zachovat při snižování počtu spodních trysek 4 míru, která zajistí přivádění dostatečného množství vápna, nutného pro zabránění vzniku struskové pěny.

Tak například kyslíkový konvertor o kapacitě 200 t, zpracovávající surové železo s nízkým obsahem fosforu, který pracoval se spodním dmýcháním kyslíku, byl původně opatřen dvaceti spodními tryskami 4 s celkovým dmýchacím průřezem 150 cm². Po přestavbě byl opatřen pouze deseti spodními tryskami 4 o celkovém dmýchacím průřezu 80 cm², a dvěmi vrchními tryskami 13, upravenými nad čepy 12 konvertoru o průřezu 50 cm² pro dmýchání kyslíku. Zkujňovací doba se tím zkrátila asi o 25 %, to je na 8 až 10 minut. Podíl vsazeného šrotu se přitom zvýšil o 12 tun, tedy asi o 6 % hmot, z množství vytavené oceli.

Spotřeba ochranných uhlovodíků se přitom snížila asi o 1/3. Tato úspora vznikla jednak tím, že spotřeba uhlovodíků pro ochranu spodních trysek 4 se snížením jejich počtu na polovinu klesla rovněž asi na polovinu. Vrchní trysky 13 pak spotřebovávají podstatně méně ochranných uhlovodíků, pouze asi 1 % z objemu dmýchaného kyslíku. Tím se pochopitelně sníží i náklady. Další výhoda je pak v tom, že spotřeba uhlovodíků, procházejících taveninou, klesne na polovinu, čímž obsah vodíku ve vyrobené oceli klesne asi o 1/4. Množství dmýchaného kyslíku je rozděleno přibližně rovným dílem mezi spodní a vrchní trysky.

Snížení počtu spodních trysek 4 ve dně další výhody. Tak například plocha dna 2/ na konvertoru má ještě níž jsou uspořádány

-9CZ 278679 B6 spodní trysky 4, může být menší a tak lze zvětšit prostor pro taveninu a tím lze zvětšit kapacitu konvertoru. Při malém počtu spodních trysek 4 je možno spodní trysky 4 umístit ve spodní části stěny konvertoru. V tom případě je výhodné použít místo trysek s centrální přívodní trubkou pro kyslík trysky, u nichž se kyslík přivádí prstencovou štěrbinou. Taková tryska umožňuje zvýšený přívod kyslíku. Dále proud kyslíku neproniká tak hluboko do taveniny. Proto nepůsobí na protilehlou část stěny konvertoru, což zabraňuje předčasnému opotřebení vyzdívky.

Menší počet spodních trysek 4 umožňuje i další různá konstrukční zjednodušení. Postačí menší rozdělovač vápna, sníží se počet přívodních trubek pro kyslík a uhlovodíky. Rovněž se mohou zmenšit i rozměry příslušných sběrných potrubí 7.

Přívod kyslíku do vrchních trysek 13 a spodních trysek 4 se výhodně provádí dvěma samostatně a navzájem nezávisle regulovatelnými zásobovacími ústrojími. Tak například při vzpřimování konvertoru po naplnění vsázkou se kyslík dmýchá jen vrchními tryskami 13./ kdežto spodními tryskami 4 se přivádí jen dusík. Teprve po úplném vzpřímení konvertoru se začne kyslík dmýchat i spodními tryskami 4.

Při zpracovávání surového železa s vysokým obsahem křemíku, například 1,5 až 2 % hmot., je výhodné nejprve dmýchat spodními tryskami 4 asi 60 % z celkového objemu kyslíku s co největším množstvím práškového vápna, aby se zabránilo vzniku strusky s vysokým obsahem kysličníku křemičitého.

Oddělené, navzájem nezávislé řízení přívodu kyslíku pod a nad hladinu taveniny umožňuje přizpůsobovat provoz konvertoru různým provozním podmínkám. Lze tak dosáhnout předvolené teploty tekuté oceli se značnou přesností.

Dále se uvádějí konkrétní příklady provedení způsobu podle vynálezu v porovnání s první tavbou, vedenou známým způsobem se spodním dmýcháním kyslíku,

V konvertoru o kapacitě 60 tun pro známé dmýchání kyslíku spodem, jež má po novém vyzděni vnitrní objem 55 m , je v jeho dnu 3. uspořádáno 10 spodních trysek 4. Do konvertoru se vsází přibližně 18 tun šrotu smíšeného složení a 49 tun surového železa. Šrot je složen například z 5 tun balíků plechu, 7 tun běžného smíšeného šrotu a 6 tun vratného šrotu z válcoven a oceláren s jednotlivými kusy o hmotnosti až 4 tuny. Surové železo obsahuje podle rozboru v % hmotnosti průměrně 3,5 % uhlíku, 0,7 % křemíku, 1 % manganu a 1,7 % fosforu. Po celkové době zkujňování 12 minut, která se dělí na hlavní periodu dmýchání v délce 10 minut a dvouminutové dodatečné dmýchání, vznikne ocel s obsahem 0,03 % uhlíku, 0,1 % manganu a 0,025 % fosforu. Za dobu zkujňování se do konvertoru přivede tryskami 4 ve dnu 3 000 Nm³ kyslíku průtokem 15 000 až 20 000 Nm³/h. Jako ochranné prostředí se prstencovými štěrbinami spodních trysek 4 přivede asi 60 Nm³ propanu o průtoku 300 až 350 Nm³/h.

-10CZ 278679 B6

Spolu s kyslíkem se do konvertoru přivede asi 4 tuny práškového vápna. Vápno se přidává zejména hned na počátku zkujňování při spalování křemíku a na konci zkujňování při dodatečném dmýchání.

Při úpravě tohoto konvertoru pro způsob podle vynálezu se instalovaly dvě vrchní trysky 13 nad oběma čepy 12 ve vzdálenosti přibližně 2,5 m nad hladinou lázně. Vrchní trysky 13 jsou tvořeny dvěmi soustřednými trubkami se střední trubkou pro přívod kyslíku o světlosti 50 mm, která je obklopena štěrbinou o šířce 2 mm pro přivádění uhlovodíků. Obě trubky jsou vzájemně soustředěny pomocí šesti žeber.

Do takto upraveného konvertoru se vsadí 22 tun šrotu obdobného složení, jako v předcházejícím případě a 45 tun surového železa téhož složení, jako v předcházejícím případě. Do spodních trysek 4. se dmýchá asi 10 000 Nm³/h kyslíku.

Do prstencových štěrbin spodních trysek se dmýchá propan v množství přibližně 165 Nm³/h a do prstencových štěrbin vrchních trysek 13 asi 100 Nm³/h.

Celková zkujňovací doba trvá 10 minut, z toho 8 minut trvá perioda hlavního dmýchání a 2 minuty perioda dodatečného dmýchání. Vápno v množství 4 tuny se přivádí do konvertoru stejně, jako při pouze spodním dmýchání a přivádí se jen spodními tryskami 4.

Do konvertoru o kapacitě 200 tun, v němž jsou nad čepy 12. konvertoru umístěny 4 vrchní trysky 13 vždy po dvou nad každým čepem 12., jež jsou od vodorovné roviny odkloněny o 60°, se vsadí 70 tun šrotu a 150 tun surového železa o složení v % hmotnosti 4 % uhlíku, 1 % manganu, 1,2 % křemíku a 0,1 % fosforu. Za 10 minut zkujňovací doby se šestnácti spodními tryskami 4 ve dně

3. konvertoru o průměrů kyslíkové trubky 28 mm přivede 5000 Nm kyslíku. Vápno se vnese v množství 15 tun výhradně spodními tryskami 4. Úprava konvertoru pro způsob podle vynálezu umožnila vsadit o 12 tun šrotu více, než při prostém dmýchání zespoda, tedy o 6 % více. Zkujňovací doba je o 20 % kratší, což umožňuje přiměřené zvýšení výroby.

Při jiné úpravě je konvertor o kapacitě 200 tun opatřen jen deseti spodními tryskami 4 místo původních šestnácti a dvěmi vrchními tryskami 13.. Průměr kyslíkových trubek spodních trysek 4 činí 28 mm a dopraví se jimi 15 tun vápna za dobu osmi minut dmýchání. Celkové množství 10 000 Nm³ kyslíku při průtoku 70 000 Nm³/h se rozděluje rovnoměrně mezi vrchní i spodní trysky. Spodní trysky 4 jsou uspořádány ve dně 3. konvertoru ve dvou řadách v úzkém pruhu, rovnoběžném s osou naklápění konvertoru. Tím se zvětšil volný prostor konvertoru, což umožňuje vytavit až 250 tun oceli na jednu tavbu.

Při přestavbě konvertoru s vrchním dmýcháním o kapacitě 100 tun se na dolním okraji bočních stěn, asi 21 cm nade dnem 3. vestavěly dvě spodní trysky 4 o šířce prstencové mezery 8 mm při středním průměru prstence cca 300 mm. Do těchto spodních trysek

-11CZ 278679 B6 £ se za 10 minut zkujňování přivedlo přibližně 2 500 Nm³ kyslíku a asi 6 tun vápna. Totéž množství kyslíku se dmýchalo vodou chlazenou dmyšnou na hladinu taveniny. Vzdálenost ústí dmyšny od hladiny taveniny byla 2,5 m.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (5)

1. Způsob výroby oceli ze vsázky tekutého surového železa a ocelového šrotu v konvertoru s kombinovaným dmýcháním zkujňovacího kyslíku spodem pod hladinu taveniny v obalovém proudu ochranného média a shora na hladinu taveniny, vyznačující setím, že 20 až 80 % obj. z celkového potřebného množství zkujňovacího kyslíku se dmýchá shora na hladinu taveniny ve formě alespoň jednoho turbulentního volného paprsku, nasměrovaného na hladinu taveniny, nasávajícího nad hladinou taveniny uvolňované zplodiny ze zkujňovací reakce a přivádějícího po dodatečném spálení v nich obsaženého oxidu uhelnatého vzniklé spaliny zpět do kontaktu s hladinou taveniny, přičemž zbývajících 80 až 20 % obj. z celkového potřebného množství zkujňovacího kyslíku se dmýchá spodem pod hladinu taveniny a při vzniku struskové pěny na hladině taveniny se pro potlačení její tvorby vnášejí do taveniny v obalovém proudu ochranného média prachové struskotvorné látky a/nebo prachové palivo, obsahující uhlík.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se při vzniku struskové pěny přivádí do taveniny vápenný prach a/nebo práškové palivo, obsahující uhlík.

3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že délka každého turbulentního volného paprsku mezi výstupním otvorem trysky a klidnou hladinou taveniny je čtyřicetinásobkem až osmdesátinásobkem průměru výstupního otvoru trysky.

4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že turbulentní volný paprsek se dmýchá na povrch taveniny v obalovém ochranném proudu uhlovodíků.

5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že úhel dopadu každého turbulentního volného paprsku vůči klidné hladině taveniny je nejméně 35°.