CZ94091A3

CZ94091A3 - Process of refining steel in a ladle by making use of synthetic slag and a slag-forming mixture for making the same

Info

Publication number: CZ94091A3
Application number: CS91940A
Authority: CZ
Inventors: Frank L Kemeny; David J Sosinsky
Original assignee: Tam Ceramics Inc
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1993-03-17
Also published as: US5279639A; ZA912511B; EP0523167A4; CN1058049A; CA2079872A1; EP0523167A1; WO1991015604A1; AU7688991A; JPH05507764A

Description

Směsi a-rpůsoby syntézy pánvových strusekx- ^.ep icg* zpracování a povlékání žárovzdornýcji výjsdjvek

Oblast techniky

Vynález se týká rafinace oceli mimo ocelárenskou pec, např. v pánvi. Zejména se týká způsobu a směsi pro syntézu pánvové strusky na oceli, která zmírňuje škodlivý účinek primární strusky, přenesené z ocelárenské pece, má nízkou specifickou hmotnost v důsledku vyvíjení plynu a pěnění, je vhodná pro rafinaci oceli, nepůsobí korozivně na žárovzdornou vyzdívku pánve a podporuje stabilní plazmu během zahřívání elektrickým obloukem. Dále se vynález týká způsobu a směsi pro zpracování primární strusky, která vtekla do pánve z ocelárenské pece, a způsobu a směsi povlékání žárovzdorných vyzdívek, zejména u hladiny strusky.

Dosavadní stav techniky

Výroba oceli je přetržitý postup, který probíhá v řadě kroků. Horký roztavený kov, tedy slitirja železa a uhlíku s nečistotami, vzniká spojitě ve vysoké peci na výrobu železa. Roztavené železo se dopravuje po vsázkách, případně s určitým množstvím ocelového šrotu., do primárního konvertoru, např. do zásadité kyslíkové pece, a transformuje se na ocel dmycháním kyslíku, aby se odstranil uhlík a fosfor. Tento krok lze nazvat primární výroba oceli. Alternativně lze ocelový šrot roztavit např. v primární elektrické obloukové peci, kam se rovněž dmychá kyslík k odstranění uhlíku a fosforu. V obou uvedených operacích primární výroby oceli vzniká ocel zpravidla v přítomnosti primární strusky, složené převážně z oxidů vápníku, křemíku, železa, manganu, fosforu, chrómu a hliníku. Primární struska je oxidační vzhledem k přijatelnému množství kyslíku v oceli před odlitím^anení tedy vhodná pro další postupy rafinace oceli. V minulosti se primární struska modifiko2 vala přímo v ocelářské peci a prováděl se sekundární rafinační pochod, aby se nastavilo složení a teplota oceli a primární strusky. V novější době se rafinační pochody provádějí mimo ocelárenskou pec, zpravidla v přepravní pánvi, kterou se přepravuje roztavená ocel k místu lití nebo odlévání.

Pod pojmem pánev se rozumí nádoba, která má obvykle žárovzdornou vyzdívku, jež se spotřebuje během zpracování kovu, a které se používá pro přepravu roztaveného kovu, zejména oceli, z jednoho místa na druhé, např. z ocelárenské pece do odlévacího stroje.

V posledních letech se stalo rafinování oceli v pánvi běžnou praxí a často se kombinuje s ohříváním kovu v pánvi za účelem udržení a regulace teploty. Pánvová struska představuje důležitý činitel při rafinaci v pánvi, protože její chemické a fyzikální vlastnosti ovlivňují ekonomiku výroby a jakost konečného produktu. Při většině pochodů rafinace oceli v pánvi se roztavená ocel vypouští z ocelárenské pece do pánve v podstatě prostá primární strusky. Alternativně lze primární strusku odstranit po odpichu do pánve shrnutím z hladiny kovu. Potom se do oceli v pánvi, která prakticky neobsahuje strusku, přidávají přísady, aby se syntetizovala nová struska žádoucích vlastností, která se obvykle nazývá syntetická pánvová struska nebo sekundářV * ní pánvová struska. Další praxe k odstranění primární strusky spočívá ve vypuštění primární strusky společně s ocelí a její následné zpracování, tak aby byla vhodná k sekundární rafinaci.

Sekundární pánvové strusky mají zajišřovat různé kombinace následujících funkci a charakteristik, přizpůsobených pro určité aplikace: Mají vytvářet na povrchu oceli spojitou roztavenou oxidovou fázi, mají zachytit a zadržovat nekovové materiály přítomné v oceli, mají být neoxidační nebo redukční vzhledem k oceli, mají regulovat obsah síry v oceli, nemají být korozivní vzhledem k žáro3 vzdorné vyzdívce pánve, mají podporovat stabilní oblouk při elektrickém obloukovém ohřevu v pánvi, mají chránit ocel proti styku s okolní atmosférou a mají vytvářet tepelnou izolaci.

Složky sekundární pánvové strusky se jednotlivě netaví při teplotách používaných při rafinaci oceli. Když se však zvolí vhodné poměry těchto složek, vhodné rozsahy velikostí jejich částic a když se dobře promíchají, je možné vytvořit při rafinačních teplotách oceli roztavenou strusku tím, že se jednotlivé složky v sobě rozpustí. Aby se zrychlilo toto rozpouštění, mají být přísady do pánvové strusky dobře promíchané a mají být zvoleny tak, aby jednotlivé částice byly dostatečně malé a umožňovaly tedy rychlé rozpuštění a současně dost velké, aby zajišťovaly stejnoměrné nanesení přidávaného materiálu na hladině tavě niny. Běžně sě používají rozměry částic v rozmezí asi 12,7 mm až asi 37,2 mm, třebaže pro speciální účely lze použít i menších částic. Třebaže je to odborníkům známé, neexistuje shoda v mínění o vhodné velikosti částic. Ani nezbytnost důkladného promíchání složek před jejich přidáním do pánve není běžně uznávaná.

V praxi lze těžko dosáhnout rozpuštění přísad do pánvové strusky a tedy vytvoření spojité oxidové fáze bez použití fluidizačních činidel jako je fluorid vápenatý. Nevýhodou fluidizačních činidel, např. fluoridu vápenatého, je však to, že mohou rozpouštět žárovzdornou vyzdívku pánve.

Rozpuštění přísad do strusky lze rovněž zrychlit obloukovým ohřevem roztaveného kovu v pánvi. Intenzivní teplo oblouku může způsobit roztavení přísad a jejich rychlejší rozpuštění. Přehřátí strusky však může rovněž zvýšit rozpustnost materiálů žárovzdorné vyzdívky. Další problém spojený s obloukovým ohřevem spočívá v tom, že opotřebení žárovzdorné vyzdívky se může zvýšit nestabilitou oblouku, která může způsobit, že horké plyny a struska jsou vrhány na žárovzdornou vyzdívku.

Zvyšování stability oblouku použitím tekuté pánvové strusky s vysokou zásaditostí je v technice známé a bylo popsáno Oliverem a kol. v International Symposium on Ladle Steelmaking and Furnaces, Metallurgical Society of CIM, 28.-31. srpna 1988, str. 130-143. Stabilizaci oblouku dmycháním argonu axiálním otvorem v elektrodě popisuje US pat. spis 4 037 043, a Oliver a kol. v článku Plasma Heating for Ladle Treatment Stations, Iron and Steelmaker, červenec 1989, str. 17-22. Popsaná opatření mohou snižovat nestabilitu oblouku a tedy rychlost opotře bení žárovzdorné vyzdívky, neodstraňují však úplně nestabilitu oblouku: proto je žádoucí nalézt další cestu ke zlepšení stability oblouku.

Dalším známým opatřením ke stabilizaci oblouku je na pěnění strusky k obklopení oblouku, jak je popsáno v US pat. spisech 4 447 265 a 4 528 035. Tyto postupy zahrnují dmychání uhlíkatého materiálu, vápna a kyslíku do ocelárenské pece během rafinační fáze. Udává se, že tento způsob zvyšuje objem strusky a chrání žárovzdorné stěny pece proti nadměrnému opotřebení. Dmycháním kyslíku však vzniká oxidační atmosféra, což je nevhodné*pro rafinaci oblou kem v pánvi, při níž jsou žádoucí redukční podmínky. To je politováníhodné, protože životnost žárovzdorné vyzdívky by mohla být tímto způsobem znavně zvýšena.

V US pat. spise 4 198 222 se uvádí použití karbidu vápníku jako složky syntetické strusky pro odfosfoření slitinové oceli, nerezavějící oceli, nebo ferochromy.. Podle tohoto spisu vytváří kombinace karbidu vápníku, halogenidu alkalického kovu a případně slitin kovového vápníku takové podmínky, že kovový vápník zůstává uvnitř strus ky na rozhraní mezi struskou a kovem. Tento kovový vápník se pak může slučovat s fosforem rozpuštěným v roztaveném kovu na Ca₃?2, který se shromažďuje ve struskové fázi a tím se kov zbavuje fosforu. Účelem karbidu vápníku je odfosfoření a nikoliv dezoxidace kovu nebo strusky.

V US pat. spise 4 842 642 se diskutuje použití vysokopecní strusky jako tavidla dalších složek pro syntetickou pánvovou strusku, zejména vápna a dolomitického vápna, čímž se má zpomalit opotřebení žárovzdorné vyzdívky pánve. Udává se, že tato technologie urychluje rozpouštění oxidu hořečnatého ve strusce, zkracuje tedy dobu nerovnováhy mezi oxidem hořečnatým v žárovzdorné vyzdívce a oxidem hořečnatým rozpuštěným ve strusce a tedy zmenšuje opotřebení vyzdívky.

Jak bylo uvedeno, směřují všechny pokusy a snahy k vyloučení primární vysokopecní strusky z rafinace v pánvi, a to bud zadržováním primární strusky v ocelárenské peci a/nebo stahováním strusky z povrchu taveniny v pánvi.

Úspěch těchto postupů je kolísavý a nepředvídatelný. Při začátku sekundární rafinace zůstává obvykle určité množství primární strusky na oceli v pánvi. Je známé, že lze přidávat redukční činidlo jako je ferosilicium nebo hliník do strusky nebo do pánve během jejího plnění, aby se redukoval oxid železa a manganu, přenesený z primární strusky. Tato redukční činidla přidávaná v nadbytku se však rozpouštějí v oceli, čímž se chemické složení oceli mění a dá se těžko i

předem určit. Kromě toho reakční produkty, vznikající z těchto redukčních činidel, mohou působit na žárovzdornou vyzdívku pánve kysele a tedy zvyšovat její rozpouštění a zvětšovat opotřebení. Jako redukčního činidla bylo rovněž používáno uhlíku, avšak jeho účinnost je nízká a nepředvídatelná, a to v důsledku nízké hustoty uhlíkatých přísad vzhledem ke strusce a v důsledku reaktivity uhlíku a vzduchu nad pánví. Mimoto je uhlík rozpustný v oceli a může přejít do jejího složení, takže je změní, což je v mnoha případech nepřijatelné.

Technika pěnění strusky byla s úspěchem použita v elek trické obloukové tavící peci, tedy primární peci, za účelem zvýšení objemu strusky, stabilizace oblouku a prodloužení životnosti žárovzdorných materiálů. V ocelárenské peci je oxidační atmosféra, protože jednou z jejích funkcí je oxidovat uhlík z oceli, takže pěnění strusky se provádí dmycháním částic uhlíku a vápna do pece společně s kyslíkem dmychaným trubkou, nebo s látkami obsahujícími oxidy železa. Uhlík se slučuje se zdrojem kyslíku na plynný oxid uhelnatý a vyvolává pěnění strusky. Přidávané vápno strusku ochlazuje a tím stabilizuje pěnu. Tento postup byl navržen pro použití v pánvi, není však vhodný pro rafinaci oceli v pánvi, protože se do oceli vnáší oxidy železa a dmychá kyslík, což je v tomto případě nežádoucí. Při rafinaci v pánvi se tradičně neužívá pěnicích činidel, která absorbují teplo při uvolňování plynů.

Použití redukčních činidel pro redukci oxidu železa v pánvové strusce je rovněž známé, avšak dosud používané materiály mají nevýhody. Hliník je drahý, zvyšuje obsah oxidu hlinitého ve strusce a mimoto je legovacím prvkem v oceli, takže kolísání jeho koncentrace je nežádoucí. Přidávání ferosilicia má rovněž za následek kyselost strusky a křemík je také legovacím prvkem, jehož množství v oceli je dáno jistými mezemi.

Podstata vynálezu

Účelem vynálezu je vypracovat způsob a vytvořit směs pro syntetizování sekundární strusky na roztavené oceli v pánvi tak, aby se zmírňoval škodlivý účinek primární strusky přenesené do pánve z ocelárenské pece, aby směs měla nízkou měrnou hmotnost v důsledku vyvíjení plynu a pěnění, hodila se pro rafinaci oceli a nebyla agresivní vůči běžným žárovzdorným vyzdívkám pánve.

Dalším účelem vynálezu je vypracovat způsob a vytvořit směs pro zpracování primární strusky v pánvi za účelem zmírnění rychlosti opotřebení žárovzdorné vyzdívky. Dalším účelem vynálezu je vypracovat způsob a směs k povlékání žárovzdorné vyzdívky.

Vynález má tyto výhody: přináší praktický způsob volby přísad do strusky pomocí modelu fázových diagramů a optické bázicity k předvídatelnému odstraněni nečistot a k ochraně žárovzdorných materiálů, praktický způsob k vytvoření pěnící strusky regulovaným uvolňováním plynu, který je neoxidační, umožňuje lepší tepelnou izolaci a v důsledku nižší hustoty vyžaduje menší množství tavidla, např. 3,62 až 6,80 kg na tunu oproti 4,53 až 11,33 kg na tunu podle běžné praxe, a udává způsob použití karbidu vápníku k redukci FeO na Fe v pánvi.

Výhoda vynálezu pro oceláře spočívá v tom, že vynález umožňuje prodloužení života žárovzdorných materiálů v pánvi a tedy nižší náklady v důsledku zvýšené stability oblouku a snížení korozivních vlastností strusky na žárovzdornou vyzdívku, zlepšuje tepelnou izolaci a snižuje tedy náklady na energii, zlepšuje jakost oceli regulovaným matalurgickým postupem, který se týká síry, fosforu, vodíku, kyslíku, nekovových nečistot nebo jiných látek v oceli a reguluje redukci FeO na Fe, takže zvyšuje výtěžek slitiny a odstraňuje jinak nezbytné stahování primární vysokopecní strusky z pánve.

Pro výrobu in sítu sekundární strusky v pánvi spočívá vynález v přidání směsi materiálů zahrnujících karbid vápníku, jedno nebo několik pěnicích činidel, např. solí alkalických kovů, solí kovů alkalických zemin, uhličitanů, zvolených s výhodu ze skupiny zahrnující uhličitan vápenatý, uhličitan hořečnatý, uhličitan sodný, uhličitan barnatý, uhličitan strontnatý, uhličitan lithný a uhličitan draselný a modifikátorů strusky zahrnujících látky jako je oxid křemičitý, fluorid vápenatý, oxid hlinitý, uhlík, vápno, oxid hořečnatý a hlinitan vápenatý, které jsou potřebné pro dosažení požadovaného složení strusky. V závislosti na specifických podmínkách v jednotlivých zařízeních pro rafinaci oceli v pánvi může být vhodné připravit sekundární strusku in šitu ve více než jedné fázi přidáváním směsí uvedených materiálů v několika stupních.

Karbid vápníku redukuje oxidy železa ve strusce, reaguje se složkami strusky na oxid uhelnatý nebo oxid uhličitý, který způsobuje pěnění a zvyšuje objem strusky, jež chrání stěny pánve proti žáru oblouku, přičemž oxid uhelnatý má ještě přídavný účinek spočívající ve stabilizaci oblouku. Mimoto karbid vápníku reaguje s oxidem uhličitým, vzniklým z uhličitanového pěnícího činidla, a reaguje s kys líkem.

Pěnicí prostředek uvolňuje plyn, např. oxid uhličitý, který způsobuje pěnění a zvýšení objemu strusky, jež chrání stěny pánve proti žáru oblouku, uvolňuje plyn, např. oxid uhličitý, který má nízký kyslíkový potenciál vzhledem ke vzduchu a působí proto stínícím účinkem, a uvolňuje oxid uhličitý, který reaguje s karbidem vápníku na vápno, které jako reakční produkt zůstává ve strusce.

Modifikátory strusky mají různé známé funkce: např. sklo a fluorid vápenatý působí jako tavidla, tzn. solubilizují jiné přísady. Oxid hlinitý a vápno jsou struskotvorné přísady. Koks působí jednak'jako redukční činidlo a jednak jako ochrana karbidu vápníku, protože reaguje se vzduchem rychleji než karbid vápníku a_tvytváří oxid uhelnatý, takže chrání karbid vápníku proti oxidaci. Je patrné, že každá složka může mít několik funkcí.

Bylo zjištěno, že podle vynálezu je nejvýhodnější průměrná velikost částic od 6,3 mm do 12,7 mm, třebaže určité přísady, např. bezvodá soda, které jsou rovněž použitelné, nejsou normálně k dispozici v tomto výhodném rozmezí rozměrů.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob snižování hustoty neoxidační strusky, tedy pánvové strusky, který spočívá v tom, že se přidává pěnici prostředek, který prochází chemickou reakcí, jež produkuje plyn. Pěnicím prostředkem je s výhodou uhličitan/ nejvýhodněji ze skupiny zahrnující uhličitan vápenatý a uhličitan horečnatý.

Třebaže vynález je popsán v souvislosti se sekundární výrobou oceli, tedy se sekundární pánvovou struskou, lze vynález aplikovat na nejrůznější rafinační pochody. Podobně je třeba rozumět, že pořadí jednotlivých operací a přidávání složek podle vynálezu lze značně měnit v závis losti na požadavcích určité konkrétní aplikace.

Příklady provedení vynálezu

Zásaditost strusky je běžnou mírou vlastností a charakteristik strusky. V praxi se používá několika stupňů, z nichž nejběžnější je poměr V neboli hmot% CaO hmot% SiC>2

Obměna tohoto poměru rovněž zahrnuje oxid hořečnatý a oxid hlinitý:

hmot% CaO + hmot% MgO hmot% SiO₂ + hmot% Al₂O₂ i

Tyto poměry zásaditosti však neberou v úvahu další oxidy, které přispívají k zásaditosti strusky a ovlivňují její vlastnosti, zatímco stupnice optické zásaditosti k * je v úvahu bere.

Třebaže se dosud běžně nepoužívá, je stupnice optické zásaditosti známá, jak popisují I. D. Sommerville a D. J. Sosinsky v článku The Application of the Optical Basicity Concept to Metallurgical Slags, Second International Symposium on Metallurgical Slags and Fluxes, ΑΙΜΕ, 11.-14. listopadu 1984, str. 1015-1026. Koncepce optické zásaditosti se s výhodou využívá podle vynálezu k předpovědi chemického a fyzikálního chování strusky. Způsobem podle vynálezu je všem složkám strusky přiřazena hodnota zásaditosti a celková hodnota se vypočte na základě prin10 cípů popsaných v uvedené literatuře.

Složky lze přidávat v odlišných stupních postupu. Směsi podle vynálezu se připravují takto: výsledné vlastnosti strusky a její charakteristiky žádoucí pro danou soustavu s rafinací v pánvi se vypočtou, složky primární strusky, tzn. strusky přenesené z ocelárenské pece, se aproximují. Na základě této aproximace se vypočte množství karbidu vápníku ekvivalentní stechiometrickému množství, potřebnému k redukci maximálního předpokládaného množství oxidu železa a manganu, a toto vypočtené množství se vezme jako minimální množství karbidu vápníku, které musí být v přísadě do strusky; množství oxidu hořečnatého rozpustné v konečném požadovaném složení strusky se pak určí a toto množství se přidá ve formě uhličitanu hořečnatého nebo jiných materiálů obsahujících oxid hořečnatý do přísady pro strusku. Další možnosti uvolňování plynů se dosáhne přidáním uhličitanu vápenatého a uhličitanu sodného do strusky.

Přidání ostatních přísad, obsahujících složky jako je oxid křemičitý, fluorid vápenatý', oxid hlinitý, uhlík, vápno, oxid hořečnatý a hlinitan vápenatý dovrší složení potřebné k dosažení požadovaných vlastností strusky. V závislosti na konkrétních podmínkách v zařízení k rafinací oceli v pánvi může být výhodné připravit sekundární strusku in šitu ve více než jednom technologickém kroku přidáváním několika dávek uvedených směsí postupně.

Přídavné látky se zavádějí do pánve během odpichu oceli, přibližně v polovině nebo ve dvou třetinách během odpichu, nebo alternativně na povrch oceli po jejím nalití do pánve.

Existují dvě složky této směsi, které v kombinaci s ostatními složkami realizují výhody vynálezu: karbid vápníku CaC₂ a uhličitany vápníku, hořčíku, sodíku, draslíku, lithia, stroncia, bária nebo jejich kombinace, přičemž nejpoužívanější je uhličitan vápenatý, hořečnatý a sodný. Běžným zdrojem uhličitanu vápenatého je vápenec a běžným zdrojem uhličitanu hořečnatého a uhličitanu vápenatého je dolomit nebo dolomitický vápenec. Účelem uhličitanů je uvolňovat plynný oxid uhličitý, když se přidají do strusky, takže vyvolají pěnění strusky a zvýšení jejího objemu a tedy zmenšení sypné hustoty. Strusková pěna je výhodná v tom, že lépe chrání žárovzdorné stěny pánve proti škodlivým účinkům horkého oblouku, který je běžný v pánvových ohřívacích pecích. Uvolňovaný plyn má nižší kyslíkový potenciál než vzduch nad pánví, takže dochází k jeho stínícímu účinku. Kromě toho mohou tyto přísady umožnit snížení měrné hmotnosti dalších přísad potřebných a přispívat k rafinaci oceli ke stabilitě oblouku, k ochraně od okolní atmosféry, ke znemožnění eroze žárovzdorných materiálů v pánvi atd.

Účinnost struskových směsí dále podporuje nové použití karbidu vápníku. Karbid vápníku slouží dvěma účelům. Za prvé je to mocné redukční činidlo, které působí na kterýkoliv oxid železa a oxid manganu nebo na kterýkoliv jiný snadno redukovatelný oxid přítomný v pánvi, např. proto, že byl přenesen při odpichu z ocelárenské pece. K tomuto účelu se používá hliníku a ferosilicia, avšak tyto látky po sobě zanechávají kyselý reakční produkt, který může poškozovat zásaditou vyzdívku pánve. Naproti tomu karbid vápníku po sobě zanechává jako reakční produkt vápno, které je slučitelné s bázickou vyzdívkou pánve a i jinak žádoucí. Hliník a křemík jsou v oceli rozpustné, zatímco vápník má rozpustnost minimální a není nežádoucí. Styk karbidu vápníku s ocelí přináší menší nebezpečí roztavení uhlíku než styk uhlíku s ocelí. Karbid vápníku je podle předpokladu lépe smáčen struskou než uhlík, takže snadněji reaguje se struskou. Za druhé platí, že přebytek karbidu vápníku reaguje s oxidem uhličitým vznikajícím reakcí uhličitanů, se samotnými uhličitany nebo s kyslíkem přítomným v pánvi nebo nad pánví. Tím se zvyšuje objem plynu a podporuje pěnění a zajišťuje se úplné využití karbidu vápníku, takže nevznikají problémy se skladováním strusky a nauhličení oceli je minimální. Karbidu vápníku lze tedy užít v přebytku bez jakýchkoliv škodlivých účinků. To je velice užitečné, protože množství oxidu železa a manganu ve strusce je obecně různé a nepředvídatelné, a bylo by prakticky nemožné přesně předpovědět stechiometrické množství karbidu vápníku jako redukčního činidla.

Tabulka 1 dokládá příklady směsí, kterých lze použít k syntetizování a zpracování pánvových strusek. Všechna množství uvedená v procentech v popise, v tabulkách a náro cích jsou v procentech hmotnosti, pokud není výslovně uvedeno jinak.

Tabulka 1

Směsi pro syntézu a zpracování pánvových strusek

	rozmezí (%)	výhodné rozmezí (%)
uhličitan hořečnatý	0-30	10-20
uhličitan vápenatý	0-60	4-55
uhličitan sodný	0-35	0-5
sklo	0-20	0-10
fluorid vápenatý	0-25	0-10
oxid hlinitý	0-40	5-20
koks	0-10	* 2-5
vápno	0-35	0-25
vysokopecní struska	0-9	0-9
hlinitan vápenatý	0-50	0-25
karbid vápníku	2-55	5-50

Tabulka 2 uvádí příklady směsí použitelných k syntéze pánvových strusek.

Tabulka 2

Směsi pro syntézu pánvové strusky

1. 15 % uhličitanu hořečnatého % uhličitanu vápenatého 17 % oxidu hlinitého % bezvodé sody nebo uhličitanu sodného 4 % karbidu vápníku 1 % koksu

100 %

2. 60 % uhličitanu vápenatého % fluoridu vápenatého % koksu % karbidu vápníku 30 % oxidu hlinitého

100 %

16,5	%	uhličitanu vápenatého
13,5	%	uhličitanu horečnatého
20,5	%	vápna
9,0	%	vysokopecní strusky
14,5	%	oxidu hlinitého
20,0	%	hlinitanu vápenatého
4,0	%	karbidu vápníku
2,0	%	koksu

100,0 %

Tabulka 3 udává příklady směsí použitelných pro zpracování pánvových strusek.

Tabulka 3

Směsi pro zpracování pánvových

1. 48	%	karbidu vápníku
21	%	uhličitanu horečnatého
27	%	uhličitanu vápenatého
4	%	koksu
100	%
3. 50	%	karbidu vápníku
20	%	uhličitanu vápenatého
20	%	oxidu hlinitého
5	%	koksu
5	%	fluoridu vápenatého

strusek

2. 50 % karbidu vápníku % uhličitanu vápe ⁴ natého % koksu

100 %

Tabulka 4 udává příklady směsí, kterých l2e použít k ochraně žárovzdorných vyzdívek v pánvi.

Tabulka 4

Směsi k povlékáni žárovzdorné vyzdívky

1. 50	%	karbidu vápníku	2. 35	%	uhličitanu vápe-
50	%	uhličitanu vápenatého			natého
			25	%	uhličitanu hořec
100	%				natého
			40	%	karbidu vápníku

100 %

Příklad 1

Přibližně 150 tun oceli bylo roztaveno v elektrické obloukové peci a vypuštěno do pánve. Třebaže byla provedena všechna myslitelná opatření k zadržení primární strusky v obloukové peci, byla pozorována na povrchu v pánvi vrstva o průměrné tlouštce asi 25,4 mm, přičemž některá zvlášť horká místa měla vrstvu až 50,8 mm. Hmotnost primární strusky na povrchu kovu v pánvi byla tedy odhadnuta na 90,7 kg až 453,5 kg, což záviselo na tom, jak úspěsně se zadržela struska v obloukové peci. Bylo tedy třeba syntetické strusky, aby se redukovaly veškeré oxidy železa a manganu v pánvi, aby se vytvořila·, izolace, absorbovaly nekovové vměstky, minimalizovalo poškození žárovzdorné vyzdívky, aby se chránila ocel od opětné oxidace a kontroloval se obsah síry. V tomto příkladě bylo žádoucí, aby struska neodstraňovala z oceli síru. Ke splnění tohoto požadavku bylo třeba nereaktivní strusky s dostatečně nízkou optickou zásaditostí, aby udržela obsah síry v oceli na hodnotě asi 0,025 % hmot., přičemž počáteční obsah síry byl 0,030 % hmot. Byla proto připravena struskotvorná přísada, která obsahovala složky v následujících poměrech: 42 % dolomitu, 17 % bezvodé sody, 1 % wollastonitu, 16 % skla, 9 % fluoritu, 10 % oxidu hlinitého, 1 % meta15 lurgického koksu a 4 % karbidu vápníku. Použitý koks byl hutnický koks, je však třeba rozumět, že lze použít i jiných zdrojů uhlíkatého redukčního činidla.

Složky struskotvorné přísady měly velikost 6,3 mm a menší a byly dobře promíchány. Těsně před koncem odpichu byla přidána do vytékajícího proudu roztaveného kovu struskotvorná přísada v množství 680 kg. Kov se pak promíchával argonem, přiváděným v množství 6 scfm, po dobu 10 minut. Vzniklá syntetická struska byla pěnová, izolovala a byla tekutá na rozhraní mezi struskou a kovem. Obsah oxidů železa a manganu byl nižší než 2 %. Obsah síry v oceli byl regulován na 0,026 % hmot., přičemž výchozí množství bylo 0,030 % hmot. Nebylo pozorováno, že by žárovzdorné vyzdívka byla poškozena v úrovni strusky. Bylo tedy dosaženo všech cílů, kvůli kterým bylo použito syntetické strusky.

Příklad2

Přibližně 150 tun oceli bylo roztaveno v elektrické obloukové peci a vypuštěno do pánve spolu s 907 kg syntetické struskotvorné směsi obsahující vápno, hliník a fluorit. Bylo prováděno velice intenzivní promíchávání rychlostí asi 24 scfm s tím účelem, aby vznikla emulze tekuté strusky a oceli a tím se ocel odsířila na malý obsah síry. Je známé, že vzniklá tekutá struska působí agresivně na žárovzdornou vyzdívku pánve. Za tím účelem, aby se struska zpěnila, aby se snížila rozpustnost žárovzdorné vyzdívky a podpořila stabilita oblouku během opětného ohřevu oceli, byla přidána směs upravující strusku, která měla toto složení: 48 % karbidu vápníku hutnické kvality, % dolomitu a 4 % hutnického koksu.

Očelem této směsi pro úpravu strusky bylo přidat do strusky zásadité žárovzdorné přísady a uvolňovat plyn ke zpěnění strusky a stabilizovat oblouk. Přísada byla přidána v množství 136 kg skrz otvory pro přidávané látky ve stanici na přípravu pánve před opětným ohříváním kovu v pánvi elektrickým obloukem. Bylo pozorováno pěnění strusky a zjištěno, že charakteristické stříkání strusky a kovu během obloukového opětného ohřevu se snížilo. Rovněž byl pozorován efekt zvýšené stability oblouku, třebaže ne okamžitě. Po dokončení opětného ohřevu byla pánev odtransportována do pracovní stanice a prohlédnuta. Struska si udržela pěnový vzhled a byla podstatné tmavší na povrchu než bývá bez modifikátoru strusky, což dokazuje její zpěnění a izolační stav.

Příklad 3

Horký kov tvořený slitinou železa a uhlíku byl přeměňován na ocel v ocelárenské peci. Ocel byla vypuštěna do pánve společně se slitinovými přísadami včetně dezoxidačních činidel. Na konci odpichu byl přidán modifikátor strusky v množství 0,68 až 0,90 kg na tunu oceli. Modifikátor měl toto složení: 50 % karbidu vápníku, 48 % dolomitického vápence a 2 % hutnického koksu.

Po vpuštění oceli do pánve a přidání přísad byla pánev přemístěna do stanice ke stažení strusky, kde bylo staženo maximálně možné množství strusky hladiny kovu. Pak byla pánev přemístěna do zařízení k~ obloukovému ohřevu a zpracování kovu v pánvi, kde bylo přidáno množství 4,53 až 6,80 kg na jednu tunu oceli struskotvorné přísady, která obsahovala 58 % uhličitanu vápenatého, 17 % uhličitanu hořečnatého, 17 % oxidu hlinitého, 6 % skla a 2 % hutnického koksu.

Potom byl kov ohříván elektrickým obloukem, promícháván plynem, bylo upraveno jeho složení a provedena analýza obvyklým způsobem.

Příklad 4

Horký kov tvořený slitinou železa a uhlíku byl přeměněn na ocel v ocelárenské peci. Ocel pak byla vypuštěna do pánve společně s legovacími přísadami a dezoxidačními činidly. Během odpichu, s výhodou v blízkosti konce odpichu, byl přidán modifikátor strusky v množství 0,90 až 4,53 kg na tunu oceli. Modifikátor obsahoval 50 % karbidu vápníku, 20 % uhličitanu vápenatého, 17 % uhličitanu hořečnatého, % fluoritu, 5 % oxidu hlinitého, 3 I hutnického koksu.

Pánev pak byla dopravena do následující stanice, kde proběhla sekundární rafinace.

Příklad 5

Ocel byla roztavena v elektrické obloukové peci a vypuštěna v podstatě bez strusky do pánve. Potom byla vytvořena syntetická struska přidáním struskotvorného činidla, a to bud při konci odpichu nebo po odpichu, v množství 4,53 až 6,80 kg na tunu oceli. Směs měla toto složení:

% vápna, 20 % hlinitanu vápentatého, 17 % uhličitanu vápenatého, 14 % uhličitanu hořečnatého, 9 % oxidu hlinitého, 9 % vysokopecní strusky, 5 % karbidu vápníku, 2 % hutnického koksu.

Pak byla pánev přemístěna do prostoru pro úpravu kovu v pánvi. Během zpracování kovu, zejména při elektrickém ohřevu obloukem, byly přidávány periodicky v množství 0,22 až 1,36 kg na tunu kovu dávky struskotvorné látky, která měla toto složení: 50 % uhličitanu vápenatého, 30 % uhličitanu hořečnatého, 5 % uhličitanu sodného, 5 % vysokopecní strusky, 5 % skla a 5 % oxidu hlinitého.

Alternativně lze uvedený modifikátor přidávat spojitě do pánve během zpracování kovu v množství asi 0,045 až

X

0,136 kg na tunu oceli za minutu.

Příklad 6

Ocel byla roztavena v elektrické obloukové peci a vypuštěna do pánve současně s množstvím 4,53 až 9,07 kg na tunu oceli syntetické struskotvorné směsi obsahující vápno hliník a fluorit. Kov byl intenzivně promícháván takovou rychlostí, aby vznikla emulze tekuté strusky a oceli, takže došlo k odsíření oceli na malé procento síry. Je známé, že vzniklá tekutá struska je agresivní k žárovzdorné vyzdívce pánve. Ke zpěnění strusky a snížení rozpustnosti žárovzdorné vyzdívky byl přidán modifikátor strusky v množ ství 0,45 až 1,81 na tunu oceli, který měl toto složení:

% uhličitanu vápenatého, 30 % uhličitanu hořečnatého, % uhličitanu sodného, 5 % vysokopecní strusky, 5 % skla a 5 % oxidu hlinitého.

Alternativně lze tento modifikátor přidávat spojitě během zpracování kovu v pánvi v množství 0,045 až 0,136 kg na tunu oceli za minutu.

Příklad 7

Byla připravena horká pánev, určená k odlití oceli z pece. Na její žárovzdornou vyzdívku byla nastříkána na čáru hladiny strusky směs, která obsahovala 50 % karbidu vápníku a 50 % dolomitického vápenc§.

Pak byla do pánve napuštěna ocel a začala sekundární rafinace.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Směs pro syntetizování a zpracování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje asi 2 až 55 % karbidu vápníku a zpěňovací činidlo v množství dostatečném k snížení hustoty strusky a k zvýšení jejího objemu.
2. Směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že zpěňovací činidlo je zvoleno ze skupiny zahrnující soli alkalických kovů a soli kovů alkalických zemin.
3. Směs podle nároku 2, vyznačující se tím, že zpěňovacím činidlem je uhličitan.
4. Směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje přísadu ze skupiny zahrnující oxid křemičitý, oxid sodný, fluorid vápenatý, oxid hlinitý, uhlík, vápno, vysokopecní strusku a hlinitan vápenatý.

*
5. Směs podle nároku 4, vyznačující se tím, že dále obsahuje redukční činidlo.
6. Směs pro syntetizování a zpracování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 2 % až 55 % karbidu vápníku, nejméně jeden uhličitan ze skupiny zahrnující uhličitan vápenatý, horečnatý, sodný, barnatý, strontnatý a lithný v množství dostatečném k snížení hustoty strusky a zvýšení jejího objemu.
7. Směs podle nároku 6, vyznačující se tím, že dále obsahuje přísadu ze skupiny zahrnující oxid křemičitý, oxid sodný, fluorid vápenatý, oxid hlinitý, uhlík, vápno, vysokopecní strusku a hlinitan vápenatý.
8. Směs pro syntetizování a zpracování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 2 % až 55 % karbidu vápníku, až 30 % uhličitanu hořečnatého a 25 % až 60 % uhličitanu vápenatého.
9. Směs pro syntetizování a zpracování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 5 % až 50 % karbidu vápníku, 10 % až 20 % uhličitanu hořečnatého, 40 % až 55 % uhličitanu vápenatého, 5 % až 20 % oxidu hlinitého a 2 % až 5 % koksu.
10. Směs pro syntetizování a zpracování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 2 % až 55 % karbidu vápníku, až 30 % uhličitanu hořečnatého, 25 % až 60 % uhličitanu vápenatého, až 35 % uhličitanu sodného, až 20 % skla, až 25 % fluoridu vápenatého, až 40 % oxidu hlinitého, až 10 % koksu, až 35 % vápna, až

9 % vysokopecní strusky a až 50 % hlinitanu vápenatého.
11. Směs pro syntetizování a zpracování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 5 % až 50 % karbidu vápníku, 10 % až 20 *% uhličitanu hořečnatého, 4 % až 55 % uhličitanu vápenatého, až 5 % uhličitanu sodného, až 10 % skla, až 10 % fluoridu vápenatého, 5 % až 20 % oxidu hlinitého, 2 % až 5 % koksu, až 25 % vápna, až 9 % vysokopecní strusky a až 24 % hlinitanu vápenatého.
12. Směs pro syntetizování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 4 % karbidu vápníku, 15 % uhličitanu hořečnatého, 58 % uhličitanu vápenatého, 17 % oxidu hlinitého, až 5 % bezvodé sody nebo až 5 % uhličitanu sodného a 1 % koksu.

X
13. Směs k syntetizování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 3 % karbidu vápníku, 60 % uhličitanu vápenatého, 5 % fluoridu vápenatého, 2 % koksu a 30 % oxidu hlinitého.
14. Směs pro syntetizování pánvových strusek, vyznačující se tím, že obsahuje 4 % karbidu vápníku, 16,5 % uhličitanu vápenatého, 13,5 % uhličitanu hořečnatého, 20 % vápna, 9 % vysokopecní strusky, 15 % oxidu hlinitého, 20 % hlinitanu vápenatého a 2 % koksu.
15. Směs pro zpracování pánvových strusek, v y z n a č u jící se tím, že obsahuje 48 % karbidu vápníku, 21 % uhličitanu hořečnatého, 27 % uhličitanu vápenatého a 4 % koksu.
16. Směs pro zpracování pánvových strusek, v y z n a č u jící se tím, že obsahuje 50 % karbidu vápníku, 46 % uhličitanu vápenatého a 4 % koksu.
17. Směs pro zpracování pánvových strusek, v y z n a č u jící se tím, že obsahuje 50 % karbidu vápníku, 20 % uhličitanu vápenatého, 20 % oxidu hlinitého 5 % koksu a 5 % fluoridu vápenatého.
18. Směs pro povlékání žárovzdorných vyzdívek, vyzná čující se tím,že obsahuje 50 % karbidu vápníku a 50 % uhličitanu vápenatého.
19. Směs pro povlékání žárovzdorných vyzdívek, vyzná čující se tím, že obsahuje 40 % karbidu vápníku, 35 % uhličitanu vápenatého a 25 % uhličitanu hořečnatého. x
20. Způsob syntetizování pánvových strusek, vyznačující se tím, že ocel se vypustí z pece do pánve, přičemž se množství primární strusky přenesené do pánve spolu s ocelí sníží na minimum, během vypouštění nebo po vypuštění se přidá do pánve karbid vápníku v množství účinném k redukci oxidů železa v oceli a zpŠňovací činidlo, přidá se alespoň jedna složka ze skupiny zahrnující oxid hlinitý, bezvodou sodu a koks a ocel se promíchává.
21. Způsob podle nároku 20, vyznačující se tím, že látky přidávané během odpichu nebo po odpichu do pánve a následně přidávané látky tvoří celkové množství 4,5 kg až 9,07 kg na tunu oceli.
22. Způsob podle nároku 21, vyznačující se tím, že z povrchu oceli v pánvi se stáhne struska přenesená z pece.
23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že mezi elektrodou a struskou a ocelí v pánvi se zapálí oblouk k roztavení přísad.
24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že přísady zahrnují 4 %. karbidu vápníku., 15 % uhličitanu hořečnatého, 58 % uhličitanu vápenatého,

17 % oxidu hlinitého, 5 % bezvodé sody, 5 % uhličitanu sodného a 1 % koksu.
25. Způsob podle nároku 20, vyznačující se tím, že přísady zahrnují 3 % karbidu vápníku,

60 % uhličitanu vápenatého, 5 % fluoridu vápenatého,

2 % koksu a 30 % oxidu hlinitého.
26. Způsob podle nároku 20, vyznačující se tím, že přísady zahrnují 2 % až 55 % karbidu vápníku, až 30 % uhličitanu hořečnatého a 25 % až 60 % uhličitanu vápenatého.
27. Způsob zpracování pánvových strusek, vyznačující se tím, že ocel se spolu se struskou vypustí do pánve, ke strusce se přidá karbid vápníku v množství potřebném k redukci v podstatě všech oxidů železa ve strusce a do strusky se přidá zpěňovací činidlo ke snížení její hustoty a zvýšení objemu.
28. Způsob podle nároku 27, vyznačující se tím, že se provádí elektromagnetické promíchávání nebo promíchávání plynem k promíchání oceli.
29. Způsob podle nároku 27, vyznačující se tím, že k zpracování pánvových strusek se použije směsi obsahující 50 % karbidu vápníku, 50 % uhličitanu vápenatého a 4 % koksu.
30. Způsob povlékání žárovzdorných vyzdívek, vyznačující se tím,že povrch pánve určený k povlečení se zahřeje a nanese se na něj zrnitá směs obsahující 50 % karbidu vápníku a 50 % uhličitanu vápenatého.

i
31. Způsob podle nároku 30, vyznačující se tím, že zrnitá směs obsahuje 40 % karbidu vápníku, 35 % uhličitanu vápenatého a 25 S uhličitanu hořečnatého .
32. Způsob podle nároku 30, vyznačující se tím, že se povléká žárovzdorná vyzdívka pánve.
33. Způsob podle nároku 30, vyznačující se tím, že povlak se nanáší stříkáním na tu část žárovzdorné vyzdívky, která bude ve styku se struskou během rafinace. _x
34. Způsob snižování hustoty neoxidačních strusek, vyznačující se tím, že se ke strusce přidá zpěňovací činidlo.
35. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že zpěňovacím činidlem je uhličitan.
36. Způsob podle nároku 34, vyznačující se tím, že zpěňovací činidlo je zvoleno ze skupiny zahrnující soli alkalických kovů a soli kovů alkalických zemin.
37. Směs pro syntetizování a zpracování strusek podle nároku 1, vyznačující se tím, že průměrný rozměr jejích částic leží v rozmezí 6,3 mm až 12,7 mm.
38. Způsob syntetizování a zpracování neoxidační pánvové strusky, vyznačující se tím, že se do pánvové strusky přidá karbid vápníku v množství dostatečném k redukci oxidů železa ve strusce.