DE112016000404T5

DE112016000404T5 - Blowgun assembly for making and refining metals

Info

Publication number: DE112016000404T5
Application number: DE112016000404.4T
Authority: DE
Inventors: Breno Maia Totti; Marcelo Guerra Lima de Souza; Fabricio Garajau Silveira
Original assignee: LUMAR METALS Ltda
Current assignee: LUMAR METALS LTDA
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-10-26
Also published as: BR102015003522A2; CN107250386A; WO2016131118A1; JP2018506649A; US20180258503A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blaslanzen-Baueinheit zum Herstellen und Frischen von Metallen, die so entwickelt ist, dass die Schlackebildung und Oxidation sowie die Wärmekapazität des Reaktors und die Beibehaltung der Betriebsbedingungen während des Ladens und Blasens reguliert werden können, und die in ihrem unteren Teil zwei Gruppen von Gasauslässen aufweist, die zwei Blasbedingungen bestimmen, wobei die erste Gruppe aus doppeltrichterförmigen Sauerstoffdurchgangsdüsen besteht, die hauptsächlich für die Oxidationsreaktionen und für die Beförderung des Feststoffgrundmaterials, hauptsächlich Calciumoxid, für die anfängliche Schlackebildung und die Entphosphorung in den letzten Stufen während des Chargenfrischens verantwortlich sind; wobei die zweite Gruppe aus sekundären Strahlen mit verschiedenen Funktionen während jeder Blasstufe besteht, der ersten Funktion, zu Beginn des Prozesses, als ein Nachverbrennungsmittel durch die Reaktion von Sauerstoff mit Kohlenmonoxid, das von den Hauptstrahlen erzeugt wird, und der zweiten Funktion zur Beschleunigung der Reaktion mit Kohlenstoff durch die Erhöhung der Sauerstoffstrahlgeschwindigkeit, was die Schrottschmelze in den frühen Stufen beschleunigt, und schließlich Steigerung der Oxidation der Elemente des Metallbades, Eisen, um so den Phosphorgehalt in den letzten Stufen des Chargenfrischens zu verringern.The present invention relates to a blow lance assembly for making and refining metals, which is designed to regulate the slag formation and oxidation as well as the heat capacity of the reactor and the maintenance of operating conditions during charging and blowing, and those in its lower part has two groups of gas outlets defining two blowing conditions, the first group consisting of double funnel-shaped oxygen passage nozzles mainly responsible for the oxidation reactions and transport of the solid base material, mainly calcium oxide, for initial slag formation and dephosphorization in the final stages during batch cooling are; wherein the second group consists of secondary jets having different functions during each blow stage, the first function, at the beginning of the process, as a post-combustion agent by the reaction of oxygen with carbon monoxide generated by the main jets and the second function to accelerate the reaction with carbon by increasing the oxygen jet velocity, which accelerates the scrap melt in the early stages, and finally increasing the oxidation of the elements of the metal bath, iron, so as to reduce the phosphorus content in the final stages of batch refining.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blaslanzen-Baueinheit zum Herstellen und Frischen von Metallen, im Speziellen eine Blaslanzen-Baueinheit, die beim Herstellen und Frischen von Stahl verwendet wird und so entwickelt ist, dass die Bildung und Oxidation von Schlacke, die Wärmekapazität des Reaktors und die Beibehaltung der Lade- und Blas-Betriebsbedingungen reguliert werden.The present invention relates to a lance assembly for making and refining metals, in particular a lance assembly used in the manufacture and refining of steel and designed to reduce the formation and oxidation of slag, the heat capacity of the reactor and the catalyst Maintaining the charge and blow operating conditions are regulated.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Der BOF (Sauerstoffaufblaskonverter) ist ein zylindrisches Gefäß mit einer geschlossenen Unterseite, dessen oberes Ende geformt ist wie ein Kegelstumpf mit einer großen Öffnung an der Oberseite zum Laden des flüssigen Roheisens und Schrotts, die sogenannte „Gichtöffnung”, und einer kleinen Seitenöffnung, der „Gießrinne”, durch die der am Ende des Vorfrischens produzierte flüssige Stahl entfernt wird.The BOF (oxygen inflation converter) is a cylindrical vessel with a closed bottom whose upper end is shaped like a truncated cone with a large opening at the top for loading the molten pig iron and scrap, the so-called "gout opening", and a small side opening " Gutter "which removes the liquid steel produced at the end of the pre-fresh process.

Zum Schutz des Ofenmetallgehäuses wird eine Beschichtung mit einer Schicht aus Schamottesteinen verwendet, damit dieses ein Flüssigkeitsbad mit erhöhten Temperaturen um 1.700 Grad Celsius enthalten kann.To protect the furnace metal housing, a coating of a layer of fireclay bricks is used so that it can contain a liquid bath at elevated temperatures around 1,700 degrees Celsius.

Der Blasprozess umfasst die Durchführung einer Abfolge von Schritten, beginnend mit dem Beladen. Das Gefäß wird um einen Winkel von 45° aus der Vertikalen gekippt; Schrott wird mit Hilfe einer Rinne in das Gefäß geladen, einem Behälter zur Herstellung des Schrotts zum Platzieren in dem Ofen; nachdem der Schrott im Ofen platziert worden ist, wird das flüssige Roheisen geladen. Das Gefäß wird dann wieder in die vertikale Stellung zurückgekippt, damit Sauerstoff durch eine sich vertikal bewegende Sauerstofflanze geblasen werden kann.The blowing process involves performing a sequence of steps beginning with the loading. The vessel is tilted at an angle of 45 ° from the vertical; Scrap is loaded into the vessel by means of a gutter, a container for making the scrap to be placed in the furnace; After the scrap has been placed in the oven, the molten pig iron is loaded. The vessel is then returned to the vertical position to allow oxygen to be blown through a vertically moving oxygen lance.

Die Sauerstofflanze wird mit Wasser gekühlt und enthält an ihrem Ende die Sauerstoff-Austrittsdüsen. Die Düsenbaueinheit und ihre Geometrie bestimmen die Ausgestaltung der Lanzendüse. Die Sauerstofflanze folgt einem Höhenmuster in Bezug auf das Metallbad während des Blasens, dem sogenannten „Lanze-Bad-Abstand”. Ziel ist stets, die Lanze so nah wie möglich an die Oberfläche des Bades zu bringen, um so die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen, wobei sie jedoch so nahe an der Badoberfläche hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Andererseits werden jedoch näher an der Badoberfläche die Sauerstoffstrahlen tiefer injiziert, was die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht.The oxygen lance is cooled with water and contains at its end the oxygen outlet nozzles. The nozzle assembly and its geometry determine the design of the lance nozzle. The oxygen lance follows a height pattern with respect to the metal bath during blowing, the so-called "lance-bath distance". The goal is always to bring the lance as close as possible to the surface of the bath so as to accelerate the reaction rate while being exposed to high temperatures so close to the bath surface. On the other hand, however, closer to the bath surface, the oxygen jets are injected deeper, which increases the reaction rate.

Der Prozess bewirkt eine Bewegung des Flüssigmetalls und der Schlacke, die zu den oberen Teilen des Ofens geschleudert werden und sich sowohl an der Lanze als auch den Ofenwänden verfestigen und ebenso aus dem Ofen geschleudert werden können. Neben Sauerstoff kann die Lanze auch andere Gase oder Gemische davon mit Sauerstoff in Flüssigmetall-Herstellungsverfahren nutzen.The process causes movement of the liquid metal and slag, which are thrown to the upper parts of the furnace and solidify on both the lance and the furnace walls and can also be thrown out of the furnace. In addition to oxygen, the lance can also use other gases or mixtures thereof with oxygen in liquid metal manufacturing processes.

Um eine Blaslanze mit einer längeren Lebensdauer zu erhalten, muss sie, wie in diesem Fall, durch Wasserzirkulation gekühlt werden. Die Temperaturen an der Außenfläche der Lanze sind hoch und viel höher als der Siedepunkt von Wasser. Ist das zu verarbeitende Metall Stahl, übersteigen die Temperaturen 1.700°C, und in allen verarbeiteten Chargen wird die Lanze in ein Gemisch aus Flüssigkeitsbad, Schlacke und Gas getaucht, die sogenannte „Emulsion”.In order to obtain a lance with a longer life, it must, as in this case, be cooled by water circulation. The temperatures on the outer surface of the lance are high and much higher than the boiling point of water. If the metal to be processed is steel, the temperatures exceed 1,700 ° C, and in all processed batches, the lance is immersed in a mixture of liquid bath, slag and gas, the so-called "emulsion".

Der Blasprozess besteht aus vier verschiedenen Schritten: dem Entzünden, der Schlackebildung, dem Entkohlen und der Oxidation zum Festlegen der Temperatur. Um den Prozess zu initiieren, wird die Lanze bis auf eine Höhe herabgesenkt, bei der die Charge entzündet werden kann, d. h. bei der es in jedem Element des Bades durch den geblasenen Sauerstoff zur Oxidation kommt. Unmittelbar nach der Chargenentzündung beginnt der Schritt der Schlackebildung. Dieser zweite Schritt dauert ungefähr 3 bis 5 Minuten und wird auch als die erste Entkohlungsphase bezeichnet. Er ist gekennzeichnet durch eine nahezu vollständige Oxidation von Silicium und eine schnelle Manganoxidation, während sich die Entkohlungsgeschwindigkeit erhöht, wenn sich der Gehalt dieser beiden Elemente verringert. Während dieses anfänglichen Schrittes der Schlackebildung werden alle Schlackebildner wie Calcitkalk, Dolomitkalk und Rohdolomit zugegeben.The blowing process consists of four different steps: ignition, slag formation, decarburization and oxidation to set the temperature. To initiate the process, the lance is lowered to a level where the batch can be ignited, i. H. where it comes in every element of the bath by the blown oxygen for oxidation. Immediately after the batch inflammation, the step of slag formation begins. This second step takes about 3 to 5 minutes and is also referred to as the first decarburization phase. It is characterized by nearly complete oxidation of silicon and rapid manganese oxidation, while the rate of decarburization increases as the content of these two elements decreases. During this initial step of slag formation, all slag formers such as calcite lime, dolomitic lime and raw dolomite are added.

Die Zugabe schlackebildender Materialien erfolgt in der Regel unter Nutzung von Speichersilos, die sich über dem Konverterofen befinden. Die Versorgungslogistik dieser Silos ist komplex und umfasst mehrere Stufen, einschließlich des Erhalts des Materials über Fernverkehrsstraßen oder Eisenbahnlinien, das als lose Ladung oder in „Big-Bags” (Großpackungen) befördert wird. Als lose Ladung befördert, wird das Material in Transportsilos entladen, die sich üblicherweise in einer Öffnung unter dem Transportmittel befinden; aus dem Wartesilo wird das Material durch einen Schütttrichter dosiert, und bewegt sich in Richtung eines Förderbandes, dessen Funktion es ist, das Material auf die Lagerkonstruktionen des Konverterofens mit Höhen zwischen 25 und 50 m zu leiten, wo sich die Lagersilos befinden; während des Aufstiegs kann es zu Bänderumlagerung kommen, die eine Richtungsänderung des Materials ermöglicht, was von der Raumaufteilung jeder Firma abhängig ist. Oben angekommen, erreichen die Materialien eine Lore, den sogenannten Abwurfwagen. Das Material wird dann zu den Lagersilos geleitet, üblicherweise 4 bis 15 an der Zahl. Unter den Lagersilos befinden sich Rüttel- oder Dosiervorrichtungen, die nach Erhalt des Wägebefehls das Material in Wartesilos bewegen, die mit einer Wage zur Einstellung des Gewichts ausgestattet sind. Der schwere Stoff wartet auf den richtigen Zeitpunkt, um in den Konverterofen gegeben zu werden. Werden Big-Bags eingesetzt, können diese im Transportsilo geöffnet oder mit einer Laufkatze angehoben und direkt auf den Lagersilos entladen werden. In beiden Fallen ist bei jeder Materialumlagerung der Verschmutzungseffekt beachtlich, und ein Sicherheitseinschluss erfordert erhebliche Investitionen in Entstaubungsanalagen.The addition of slag-forming materials is usually done using storage silos located above the converter furnace. The supply logistics of these silos are complex and involve several stages, including the receipt of the material by trunk roads or railroads, which is carried as bulk cargo or in big bags. Carried as a loose load, the material is unloaded in transport silos, which are usually located in an opening under the means of transport; from the waiting silo, the material is metered through a hopper and moves in the direction of a conveyor belt whose function is to direct the material to the bearing constructions of the converter furnace at heights between 25 and 50 m, where the storage silos are located; During ascent, band rearrangement can occur, allowing the material to change direction, depending on the layout of each company. Once at the top, the materials reach a lore, the so-called dump truck. The material is then sent to the storage silos, usually 4 to 15 in number. Among the storage silos are vibrating or dosing devices which, upon receipt of the weighing command, store the material in Moving waiting silos equipped with a scale for adjusting the weight. The heavy material is waiting for the right time to be put in the converter oven. If big bags are used, they can be opened in the transport silo or lifted with a trolley and unloaded directly onto the storage silo. In both cases, the contamination effect is significant with each material transfer, and containment requires significant investment in dedusting equipment.

Diese Materialien können auch mit Hilfe von Lanzen oder durch poröse oder unter Druck gesetzte Durchgänge zugegeben werden, die sich an der/dem feuerfesten Sohle oder Boden des Ofens befinden. Der Moment der Zugabe variiert in Abhängigkeit der Art des zu produzierenden Stahls, folgt in der Regel jedoch derselben Abfolge. Kommt es zu einer beschleunigten Oxidation, bei der Silicium in Siliciumdioxid umgewandelt wird, ist in diesem Fall die rasche Zugabe eines basischen Mittels und speziell von Kalk notwendig, der unmittelbar zugegeben wird, nachdem festgestellt wurde, dass die Chargenentzündung erfolgt war. Bei der Granulierung des Materials erfordert dessen Erwärmung, Umsetzung und Auflösung und dann das Eintreten einer effektiven Siliciumdioxid-Neutralisationswirkung Zeit. Dann werden Magnesiumoxid-reiche Materialien, wie Dolomit, mit dem Hauptziel des Erhalts eines solchen Sättigungsniveaus an Schlacke zugegeben, das ein Angreifen der Schamottesteine des Konverters verhindert. Die Magnesiumoxid-reichen Materialien verhalten sich ebenso wie Kalk, und in Abhängigkeit des Siliciumgehalts im Roheisen ist die Beherrschung der Kalkauflösung kritisch, um ein Überlaufen der Emulsion aus dem Konverter heraus oder deren Herausschleudern zu verhindern, was gefährliche Folgen für die Chargenqualität, Betriebszeit, Bildung fester metallischer Materialien, die an der Lanze haften, und für die Entstaubungsanlage haben würde, die lange Wartungspausen aufzwingen.These materials may also be added by means of lances or by porous or pressurized passageways located at the refractory bottom of the furnace. The moment of addition varies depending on the type of steel to be produced, but usually follows the same sequence. In this case, if accelerated oxidation occurs to convert silicon to silica, it is necessary to rapidly add a basic agent, especially lime, which is added immediately after it has been determined that the batch ignition has occurred. In the granulation of the material, its heating, reaction and dissolution and then the onset of an effective silica neutralization action requires time. Then, magnesium oxide-rich materials, such as dolomite, are added with the main objective of maintaining such a level of saturation of slag that prevents attack of the refractory bricks of the converter. The magnesium oxide-rich materials behave as well as lime, and depending on the silicon content in the pig iron, control of lime dissolution is critical to prevent overflow of the emulsion from the converter or its ejection, which has dangerous consequences for batch quality, uptime, formation Solid metallic materials that adhere to the lance, and would have for dedusting, which impose long maintenance breaks.

Die zweite Stufe des Entkohlens umfasst hauptsächlich die Oxidation von Kohlenstoff nach der Siliciumoxidation. Die Bedingungen in dem Konverter sind gekennzeichnet durch eine hohe Temperatur und das Vorliegen einer Gas-Schlacke-Metall-Emulsion, welche das Entkohlen fördert, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit lediglich durch die Sauerstoffverfügbarkeit bestimmt wird. Der Ofen arbeitet als ein autothermer Reaktor, in dem die für den Prozess erforderliche Energie durch die Flüssigkeitsladung, Roheisen und durch die Frischreaktionen, die aus der Reaktion mit Sauerstoff resultieren, bereitgestellt wird.The second stage of decarburization mainly involves the oxidation of carbon after silica oxidation. The conditions in the converter are characterized by a high temperature and the presence of a gas-slag-metal emulsion which promotes decarburization, the rate of reaction being determined solely by the oxygen availability. The furnace operates as an autothermal reactor in which the energy required for the process is provided by the liquid charge, pig iron and by the fresh reactions resulting from the reaction with oxygen.

Die Oxidationsreaktion bildet zwei Produkte: Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂), deren Spiegel von 40 bis 70% CO und 10 bis 40% CO₂ reichen. Die starke Erzeugung von Kohlenmonoxid in dem Metallbad verursacht das „Schäumen” der Schlacke und die Bildung der Gas-Schlacke-Metall-Emulsion. Mit der Nachverbrennungstechnik für die Gase in dem Ofen soll Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidiert und eine erhebliche Menge an Energie erzeugt werden. Die Effizienz der Übertragung dieser zusätzlichen Menge an Energie auf die Ladung kann auch die Menge des verwendeten Schrotts beeinflussen. Der erhöhte Anteil an Schrott in der Ladung, und daher die Produktion von Stahl pro Tonne flüssigen Roheisens, erfordert die Einstellung einer Wärmebilanz, was die Nutzung weiterer Energiequellen erforderlich macht. Die Schrott-Vorerwärmung und Zugabe von Zusatzkraftstoff wie Eisen-Silicium und Hüttenkoks sind üblich.The oxidation reaction forms two products: carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO ₂ ), whose levels range from 40 to 70% CO and 10 to 40% CO ₂ . The strong production of carbon monoxide in the metal bath causes "foaming" of the slag and formation of the gas slag metal emulsion. The post-combustion technique for the gases in the furnace is intended to oxidize carbon monoxide to carbon dioxide and generate a significant amount of energy. The efficiency of transferring this extra amount of energy to the charge can also affect the amount of scrap used. The increased amount of scrap in the charge, and therefore the production of steel per ton of molten pig iron, requires the adjustment of a heat balance, which requires the use of additional energy sources. The scrap preheating and addition of additional fuel such as iron-silicon and metallurgical coke are common.

Entkohlungsreaktionen sind exotherm und erhöhen die Temperatur des Metallbades. Das Ende dieses Schrittes wird bestimmt, wenn die Entkohlungsgeschwindigkeit nunmehr nicht durch die Sauerstoffverfügbarkeit, sondern vielmehr durch die Diffusion von Kohlenstoff zur Reaktionsgrenzfläche kontrolliert wird. Die Nachverbrennung wird während der Chargenentkohlung maximiert, was mit der Beförderung von Gasen in die Ofenatmosphäre und ihrem Mitführen in den primären oder sekundären Sauerstoffstrahlen verbunden ist. Das mitgeführte Kohlenmonoxid wird zu Kohlendioxid oxidiert. Ein Teil des Kohlendioxids wird in die Ofenatmosphäre abgeführt, und der Rest erreicht das Bad und die Emulsion, die noch einmal durch das Metall reduziert wird. Die Lanzendüsen, die speziell für die Nachverbrennung ausgebildet sind, sind gekennzeichnet durch das Vorliegen zweier Sauerstoffblasbedingungen: das Hauptblasen durch die Lavaldüse und das ergänzende Sauerstoffblasen durch gerade Düsen, die sogenannten sekundären Strahlen.Decarburization reactions are exothermic and increase the temperature of the metal bath. The end of this step is determined when the rate of decarburization is now controlled not by the oxygen availability, but rather by the diffusion of carbon to the reaction interface. Post-combustion is maximized during batch decarburization, which involves the transport of gases into the furnace atmosphere and their entrainment in the primary or secondary oxygen jets. The entrained carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide. Part of the carbon dioxide is discharged into the furnace atmosphere, and the remainder reaches the bath and the emulsion, which is again reduced by the metal. The lance nozzles, which are specially designed for afterburning, are characterized by the presence of two oxygen blowing conditions: the main bubbles through the Laval nozzle and the supplementary oxygen bubbles through straight nozzles, the so-called secondary rays.

Mit dem letzten Blasschritt soll die Temperatur des Metallbades erhöht werden, insbesondere in Prozessen, in denen die Wärmezufuhr durch größere Mengen Schrott, die im Ofen platziert werden, beeinträchtigt wird. Dieser Schritt ist gekennzeichnet durch eine Verringerung der Entkohlungsgeschwindigkeit und eine stufenweise Erhöhung der Mangan- und Eisenoxidation, da der Kohlenstoffgehalt in dem Bad sinkt. Die Verringerung der Gaserzeugung verursacht den stufenweisen Abbau der Emulsion unter Verschmelzung der Metallteilchen und ihrer Rückführung in das Bad. Mit der Erhöhung des Phosphorgehalts in Erzen, und damit im Flüssigmetall, wird der letzte Blasschritt zu einem Moment, in dem der andererseits in Stählen erwünschte niedrige Gehalt sicherzustellen ist, der die Beherrschung des Blasens und die noch immer im Konverter zu erfüllenden Qualitätsanforderungen steigert. Eine wesentliche Voraussetzung im letzten Blasschritt ist die Entfernung von Phosphor: hoher Badpegel und Schlackeoxidation; es gibt jedoch auch ein einschränkendes Element für die Entphosphorung: hohe Gießtemperatur.The last blowing step is to increase the temperature of the metal bath, especially in processes where the heat input is affected by larger amounts of scrap placed in the furnace. This step is characterized by a decrease in decarburization rate and a gradual increase in manganese and iron oxidation as the carbon content in the bath decreases. The reduction of gas generation causes the gradual degradation of the emulsion with fusion of the metal particles and their return to the bath. With the increase of the phosphorus content in ores, and thus in the liquid metal, the last blowing step becomes a moment in which the low content on the other hand desired in steels is to be ensured, which increases the control of the blowing and the quality requirements still to be fulfilled in the converter. An essential prerequisite in the last blowing step is the removal of phosphorus: high bath level and slag oxidation; however, there is also a limiting element for dephosphorization: high casting temperature.

Der dritte Bestandteil für die Phosphorerhaltung in der Schlacke besteht aus einer Erhöhung der Alkalität oder einem erhöhten Calciumoxid- und Magnesiumoxid-Gehalt. Die derzeitige Praxis zur Verbesserung der Entphosphorung und umgekehrt, mit dem Ziel einer Erhöhung der Temperatur, ist die Zugabe von Kalk oder Kalkstein, der nicht kalzinierter Kalk ist, nachdem die Neben-Lanzen-Maßnahme oder der letzte Blasschritt ergriffen worden ist, für jene die keinen Zugriff auf diese Ressourcen haben. Ziel ist eine schnelle Erhöhung der Alkalität der oxidierten Schlacke, kombiniert mit einem Temperaturabfall zur Schaffung der Bedingung für das Einfangen und Erhalten des Phosphors in der Schlacke. Die Phosphorreaktionen sind leicht umkehrbar, und dann ist ein Ergebnis dieser Technik ein schnelles Gießen. The third component for phosphorus retention in the slag consists of an increase in alkalinity or an increased content of calcium oxide and magnesium oxide. The current practice for improving dephosphorization, and vice versa, with the aim of increasing the temperature, is to add lime or limestone, which is non-calcined lime, after the lance or last blow step has been taken for those who do not have access to these resources. The aim is to rapidly increase the alkalinity of the oxidized slag, combined with a temperature drop to create the condition for trapping and maintaining the phosphorus in the slag. The phosphorus reactions are easily reversible, and then a result of this technique is rapid casting.

Die Bestimmung der letzten Blastemperatur berücksichtigt die Wärmeverlustverarbeitung und Handhabung der Charge nach dem Vorfrischschritt. Nach Abschluss der Probenahme für eine Analyse der chemischen Zusammensetzung und Messung der Badtemperatur wird der Ofen zum Gießen des flüssigen Stahls in einen Stahltrog gekippt. Dann wird der Ofen so gekippt, dass die Schlacke gegossen werden kann, was gegenüber dem Stahlgießen stattfindet. Die Laufzeit des Zusammenschlusses aller Vorgänge bestimmt die Zeit für den Ofen-Produktionszyklus.The determination of the last blowing temperature takes into account the heat loss processing and batch handling after the refining step. After completion of the sampling for analysis of the chemical composition and measurement of the bath temperature, the furnace is tilted to pour the liquid steel into a steel trough. Then the furnace is tilted so that the slag can be poured, which takes place over the steel casting. The duration of the merger of all operations determines the time for the furnace production cycle.

Es gibt mehrere Probleme, die üblicherweise in dem beschriebenen Vorgang auftreten können: a) die Bildung von verfestigtem Material („Kesselstein”) um die Blaslanze, welche eine Erhöhung des Durchmessers der Lanze und des Maßstabs und eine Beschädigung der Anlage im Rauchfang verursacht; b) die Verringerung der Metallausbeute des Prozesses, die durch das verfestigte Material mit einem gewissen Metallgehalt verursacht wird; c) die hohen Logistikkosten und Verarbeitungskosten zur Rückgewinnung des Metallgehalts der verfestigten Materialien in den Lanzen; d) langwierige Reinigung des auf der Lanze gebildeten Kesselsteins; e) Beschädigung des Außenrohrs der Lanze, die durch die Kesselsteinreinigung verursacht wird, was wiederum Lanzenwartungsaufwendungen erzeugt; f) schlechte Wärmebilanz für hohe Mengen an Schrott; g) fehlende Kontrolle der Schlackebildungszeit und langer Zerfall des Feststoffgrundmaterials; und h) fehlende Kontrolle der Schrottschmelze und Entphosphorung am Ende des Blasens.There are several problems that can usually occur in the process described: a) the formation of solidified material ("scale") around the lance, which causes an increase in the diameter of the lance and the scale and damage to the system in the flue; b) reducing the metal yield of the process caused by the solidified material with a certain metal content; c) the high logistics costs and processing costs for recovering the metal content of the solidified materials in the lances; d) tedious cleaning of the scale formed on the lance; e) damage to the outer tube of the lance caused by the scale cleaning, which in turn produces lance maintenance expenses; f) poor heat balance for high volumes of scrap; g) lack of control of slag formation time and long decay of the solid base material; and h) lack of control of the scrap melt and dephosphorization at the end of blowing.

Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Entwicklung einer Lanze, welche einen flexiblen Blasprozess zur Verbesserung der Wärmeregulation, Kontrolle der Entkohlungsrate und Phosphorregulierung beim Fertigblasen ermöglicht, was das Auftreten der Probleme, die während des Verlaufs des Prozesses im derzeitigen Stand der Technik festgestellt wurden, ausräumt oder wesentlich verringert.Therefore, an object of the present invention is the development of a lance that allows a flexible blowing process to improve the heat regulation, decarburization rate control and phosphorus regulation in the final blow, which identifies the problems encountered during the course of the current state of the art process. cleared or substantially reduced.

ASPEKTE DER ERFINDUNGASPECTS OF THE INVENTION

Ein Aspekt der Erfindung ist das Einführen in die Lanze eines Standrohrs mit einem pulverisierten Feststoffmaterial, vor allem Calciumoxid (Kalk), in die Nähe der Hauptauslässe für den Sauerstoff in der Sauerstoffdurchgangsdüse im Lavalformat, mit anderen Zielen in jedem Blasschritt. Die Kalkinjektion mit Sauerstoff zum Frischen des Metallbades ermöglicht eine kontinuierliche Zugabe, Erleichterung der Schlackebildung und Beibehaltung der Regulierung der Emulsion, des Stahl-Schlacke-Gas-Gemisches. In einer anderen Ausführungsform der Anmeldung kann die Injektionsrate in den letzten Blasschritten erhöht werden, was zur Verringerung der Phosphorspiegel in dem Bad beträgt, Entphosphorung.One aspect of the invention is the introduction into the lance of a standpipe with a powdered solid material, especially calcium oxide (lime), near the main outlets for the oxygen in the oxygen passage nozzle in laval format with other targets in each blowing step. Lime injection with oxygen to refine the metal bath allows for continuous addition, facilitating slag formation, and maintaining emulsion control of the steel slag-gas mixture. In another embodiment of the application, the injection rate in the last blowing steps can be increased, which is to reduce the phosphorus levels in the bath, dephosphorization.

Ein anderer Aspekt der Erfindung ist das Einführen in die Lanze eines sekundären Auslasses für Sauerstoff und Brenngase mit unabhängiger Regulierung des Hauptsauerstoffes, mit anderen Zielen in den Hauptblasschritten: a) während der Anfangsphase der Schrottschmelze und Schlackebildung Erhöhung des Heizwertes des Reaktors zur Beschleunigung des Schmelzprozesses; b) während der Entkohlungsphase Erhöhung der Sauerstoffzufuhr bei Überschallgeschwindigkeit zur Verkürzung der Frischzeit, und c) schließlich der letzte Blasschritt zur Förderung der Nachverbrennung zur Gewährleistung der Temperatur und Erhöhung der Chargenoxidationsstufe zur Gewährleistung niedriger Entphosphorungsgrade.Another aspect of the invention is the introduction into the lance of a secondary outlet for oxygen and fuel gases with independent regulation of the main oxygen, with other objectives in the main blowing steps: a) during the initial phase of the scrap melt and slag formation, increasing the calorific value of the reactor to accelerate the melting process; b) during the decarburization phase, increasing oxygen supply at supersonic velocity to reduce refining time, and c) finally, the final blowing step to promote post-combustion to ensure temperature and increase the batch oxidation stage to ensure low levels of dephosphorization.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

In ihrem unteren Teil weist die Lanze zwei Gruppen von Gasaustritten auf, die zwei Blasbedingungen bestimmen. Die erste Gruppe besteht aus Sauerstoffdurchgangsdüsen in Doppeltrichterform, die primär für Oxidationsreaktionen und für den Transport des Feststoffgrundmaterials, hauptsächlich Calciumoxid, für die anfängliche Bildung von Schlacke und Entphosphorung in den letzten Stufen während des Chargenfrischens verantwortlich sind. Die zweite Gruppe besteht aus sekundären Überschallstrahlen mit variierenden Funktionen in jeder Stufe des Blasprozesses. Die erste Funktion, früh im Prozess, als Nachverbrennungsmittel durch die Reaktion von Sauerstoff mit Kohlenmonoxid, der durch die Hauptstrahlen erzeugt wird. Die zweite Funktion, die zur Beschleunigung der Reaktionen mit Kohlenstoff durch die Erhöhung der Geschwindigkeit des Sauerstoffstrahls beiträgt, Beschleunigen der Schrottschmelze in den Anfangsstufen und letztlich Steigerung der Oxidation der Metallbadelemente, Eisen, um so das Phosphor in den letzten Stufen während des Chargenfrischens zu reduzieren.In its lower part, the lance has two groups of gas spouts that determine two blowing conditions. The first group consists of double-funnel oxygen passage nozzles which are primarily responsible for oxidation reactions and transport of the bulk solid material, principally calcium oxide, for the initial formation of slag and dephosphorization in the final stages during batch refining. The second group consists of secondary supersonic jets with varying functions in each stage of the blowing process. The first function, early in the process, as an afterburner by the reaction of oxygen with carbon monoxide produced by the main jets. The second function, which contributes to accelerating the reactions with carbon by increasing the velocity of the oxygen jet, accelerating the scrap melt in the initial stages and ultimately increasing the oxidation of the metal bath elements, iron, so as to reduce the phosphorus in the final stages during batch refining.

Zur Veranschaulichung des Metallfrischprozesses zeigt 1 einen seitlichen Schnitt eines Sauerstoffkonverters, wobei der Ofen aus einem externen Behälter, einem Metallgehäuse (201), das an der Oberseite offen ist, in der Gichtöffnung des Ofens (207) besteht, wobei der Sauerstoffkonverter innen mit Schamottesteinen (202) ausgekleidet ist, deren Funktion es ist, das Metallgehäuse (201) vor den extremen Frischbedingungen während des Sauerstoffblasprozesses zu schützen. Während des Metallproduktionsprozesses enthält der Ofen vier verschiedene Materialien: Flüssigmetall (301), Schrott (302), Schlacke (303), die aus der Oxidation der Flüssigmetallelemente und Zugabe von Schlackebildnern resultiert, und Gase (305) aus den Frischreaktionen. Während des Blasprozesses wird ein Gemisch aus Metall (301), Schlacke (303) und den Gasen (305), die sogenannte Emulsion, gebildet, die ein großes Volumen des Ofens einnimmt. Über dem Ofen befindet sich eine Entstaubungsleitung (208) zum Einfangen der Gase (305) und des Rauchs, der in dem Frischprozess erzeugt wird, mit einer Öffnung oder „Haube” (209) für den Durchgang der Lanze (100) in den Ofen zum Starten des Flüssigmetallfrischprozesses. Zum Starten des Frischprozesses wird die Lanze (100) in einem bestimmten Abstand über dem Metallbad positioniert, wobei der Abstand als „LBD – Lanze-Bad-Abstand” (401) bezüglich der Höhe des statischen Bades (400) bezeichnet wird. Während des Frischprozesses wird nach und nach Schrott (302) geschmolzen, wodurch das Metallbad (301) eingelagert wird. Der Sauerstoff (300) reagiert mit dem Metallbad (301), wodurch die Bildung von Schlacke (303) initiiert und Gase (305) erzeugt werden, die eine Emulsionsregion (402) bilden. Die Lanze (100) wird in die Emulsion (402) getaucht, wodurch ihre Anhaftung an der Lanze oder die Bildung von Lanzenkesselstein (403) bewirkt werden. Dasselbe findet in der Region des Ofenkegels (206) und der Ofengichtöffnung (207) statt, was zur Bildung von Gichtkesselstein (404) führt, die sowohl von der Emulsion (402) als auch der Warze aus Schlacke und Metall (203) als Spritzer oder Streuungen verursacht wird. Es haften weitere Schichten von Lanzenkesselstein (403) an der Lanze (100), die ihren Durchgang durch die Lanzenhaube (209) beeinträchtigen, was es erforderlich macht, die Produktion zu stoppen, um eine Reinigung und in vielen Fällen den Austausch durch eine saubere Lanze (100) vorzunehmen. Dasselbe Phänomen tritt in der Region des Kegels (206) und der Gichtöffnung (207) des Ofens auf, und die Produktionsaktivitäten müssen gestoppt werden, um den Bereich zu reinigen, was das Laden von Schrott (302) und Metallbad (301) erleichtert.To illustrate the metal refining process shows 1 a lateral section of a Oxygen converter, wherein the furnace from an external container, a metal housing ( 201 ), which is open at the top, in the gout opening of the furnace ( 207 ), wherein the oxygen converter inside with firebricks ( 202 ), whose function is to protect the metal housing ( 201 ) to protect against the extreme fresh conditions during the oxygen blowing process. During the metal production process, the furnace contains four different materials: liquid metal ( 301 ), Scrap metal ( 302 ), Slag ( 303 ) resulting from the oxidation of the liquid metal elements and the addition of slag formers, and gases ( 305 ) from the fresh reactions. During the blowing process, a mixture of metal ( 301 ), Slag ( 303 ) and the gases ( 305 ), the so-called emulsion, which occupies a large volume of the furnace. Above the stove there is a dedusting line ( 208 ) for capturing the gases ( 305 ) and the smoke produced in the refining process with an opening or "hood" ( 209 ) for the passage of the lance ( 100 ) into the furnace to start the liquid metal refining process. To start the refining process, the lance ( 100 ) positioned at a certain distance above the metal bath, the distance being referred to as "LBD - lance-bath distance" ( 401 ) with regard to the height of the static bath ( 400 ) referred to as. During the refining process, scrap (gradually) 302 ), whereby the metal bath ( 301 ) is stored. The oxygen ( 300 ) reacts with the metal bath ( 301 ), whereby the formation of slag ( 303 ) and gases ( 305 ) that form an emulsion region ( 402 ) form. The lance ( 100 ) is added to the emulsion ( 402 ), whereby their attachment to the lance or the formation of lance scale ( 403 ) are effected. The same thing happens in the region of the furnace cone ( 206 ) and the furnace opening ( 207 ), resulting in the formation of gout ( 404 ), both from the emulsion ( 402 ) as well as the wart of slag and metal ( 203 ) is caused as splashes or scatters. There are more layers of lance scale ( 403 ) on the lance ( 100 ) passing through the lance hood ( 209 ), which makes it necessary to stop production in order to facilitate cleaning and, in many cases, replacement by a clean lance ( 100 ). The same phenomenon occurs in the region of the cone ( 206 ) and the gout ( 207 ) of the furnace, and the production activities must be stopped to clean the area, which is the loading of scrap ( 302 ) and metal bath ( 301 ) facilitated.

2 zeigt ein Schnittbild einer Lanze (100) nach dem Stand der Technik, die eine Kupferdüse (101), die an ihrem Ende die Sauerstoffaustritte durch eine variierende Anzahl von Lochern und Winkeln zur vertikalen Achse aufweist, das Hauptsauerstoffrohr (105), ein Zwischenrohr (106), das Außenrohr (107) umfasst, die in der Regel alle aus Stahl sind, wobei diese Lanze (100) ebenso einen Kühlmitteleinlass (108) aufweist. Die Flüssigkeit, in der Regel Wasser (304), wandert zur Kupferdüse (101) und kehrt durch das Außenrohr (107) zum Lanzenauslass (109) zurück. Die gute Leistungsfähigkeit der Lanze (100) hängt von der Wasserverfügbarkeit zur Ableitung der Wärme aus der Düse (101) und aus dem Außenrohr (107) ab. 2 shows a sectional view of a lance ( 100 ) according to the prior art, a copper nozzle ( 101 ) having at its end the oxygen outlets through a varying number of holes and angles to the vertical axis, the main oxygen tube ( 105 ), an intermediate tube ( 106 ), the outer tube ( 107 ), which are usually all made of steel, this lance ( 100 ) as well as a coolant inlet ( 108 ) having. The liquid, usually water ( 304 ), migrates to the copper nozzle ( 101 ) and returns through the outer tube ( 107 ) to the lance outlet ( 109 ) back. The good performance of the lance ( 100 ) depends on the water availability to dissipate the heat from the nozzle ( 101 ) and from the outer tube ( 107 ).

3 ist ein Schnittbild des unteren Nachverbrennungsmoduls (114), das in die Kupferdüse (101) eingebettet ist und sekundäre Auslässe für unteren Sauerstoff (116) umfasst, die den doppeltrichterförmigen Auslass für Hauptsauerstoff (115) umgeben. Ein Injektionsrohr für pulverisiertes Feststoffmaterial (119) ist in das Hauptsauerstoffrohr (105) eingeführt. Anders als in der Praxis nach dem Stand der Technik erfolgt die Injektion des pulverisierten Feststoffmaterials durch dieses Rohr (119) mittels kontinuierlicher Injektion, und in diesem Fall ist Sauerstoff das Trägergas (300). Im Falle der fraktionierten Zugabe wird, ähnlich wie in der Praxis nach dem Stand der Technik, während Nicht-Injektions-Intervallen ein Inertgas (307), in der Regel Argon oder Stickstoff, verwendet. Das Injektionsrohr (119) für das pulverisierte Feststoffmaterial wird nahe an die Kupferdüse (101) herangebracht, um so die Bildung von suspendiertem Material in dem Hauptsauerstoffrohr (105) zu verhindern. Am Auslass des Rohrs (119) für das pulverisierte Feststoffmaterial kann sich ein Strömungsantrieb befinden, der den pulverisierten Feststoff in Richtung der Auslässe für den Hauptsauerstoff (115) befördern soll, die geeignet für den Transport von Gasen und Feststoffen bemessen sind. Das Injektionsrohr (119) für das pulverisierte Feststoffmaterial kann mit Injektionsraten im Bereich von 50 kg/min bis 1.500 kg/min arbeiten, und kann zur Oberfläche der Kupferdüse (101) verlaufen, damit das für die Konverterumgebung vorgesehene Material entladen werden kann. 3 is a sectional view of the lower post-combustion module ( 114 ), which enters the copper nozzle ( 101 ) and secondary outlets for lower oxygen ( 116 ) comprising the double funnel-shaped outlet for main oxygen ( 115 ) surround. An injection tube for pulverized solid material ( 119 ) is in the main oxygen tube ( 105 ) introduced. Unlike in the prior art practice, the injection of the pulverized solid material through this tube ( 119 ) by continuous injection, and in this case oxygen is the carrier gas ( 300 ). In the case of fractionated addition, as in the prior art practice, during non-injection intervals, an inert gas ( 307 ), usually argon or nitrogen. The injection tube ( 119 ) for the pulverized solid material is placed close to the copper nozzle ( 101 ) to prevent the formation of suspended matter in the main oxygen tube (FIG. 105 ) to prevent. At the outlet of the pipe ( 119 ) for the pulverized solid material may be a flow drive, which the powdered solid towards the outlets for the main oxygen ( 115 ) suitable for the transport of gases and solids. The injection tube ( 119 ) for the pulverized solid material can operate at injection rates in the range of 50 kg / min to 1,500 kg / min, and can be applied to the surface of the copper nozzle ( 101 ) so that the material intended for the converter environment can be discharged.

Bei der gezeigten Ausgestaltung ist der untere sekundäre Sauerstoffauslass (116), ring- oder punktförmig, mit dem Hauptsauerstoffrohr (105) verbunden und soll eine Nachverbrennung erreichen, die das Schmelzen des Schrotts (302) in den Anfangsmomenten des Blasens erleichtert, und kann ebenso mit der Zusatzgasversorgungskammer (117) verbunden sein. Für große Mengen Schrott, die in dem Ofen platziert werden, ist die Einführung einer Zusatzgasversorgungskammer (117) vorgesehen, die von Oxidationsgasen, wie dem Sauerstoff (300) selbst, und Brenngasen (305) durchquert werden kann, welche die Ofenumgebung (200) durch den sekundären Gasauslass (118) kontaktieren. Die Zusatzgasversorgungskammer (117) soll die individuelle Regulierung der Druck- und Strömungsbedingungen ermöglichen. Daher begünstigt bei der Nutzung dieser Kammer für den Durchgang von Sauerstoff (300) früh in dem Frischprozess die Bedingung eines/einer mittleren Drucks und Strömung das Schmelzen des Schrotts (302), und die Nachverbrennung führt zur Bildung von anfänglicher Schlacke (303), die reich ist an Eisenoxid, was wiederum die Auflösung der anderen Schlackebildner begünstigt. Anschließend ändert sich die Bedingung während des Entkohlungsschrittes auf hohen Druck und hohe Strömung, was zu einer Steigerung der Kohlenstoffentfernungsrate während des Frischprozesses des Metallbades (301) beträgt. Schließlich kommt es am Ende des Prozesses zu der Bedingung von niedriger Strömung und niedrigem Druck und einer gesteigerten Oxidation der Schlacke (303), was zum Erhalt von Phosphor beiträgt. Im Falle extrem hoher Temperaturen können Inertgase mit Kühleigenschaften oder sogar Spülmittel eingesetzt werden, um einen Verschluss der sekundären Gasauslässe (118) zu verhindern.In the embodiment shown, the lower secondary oxygen outlet ( 116 ), annular or punctiform, with the main oxygen tube ( 105 ) and is to achieve an afterburning, which is the melting of the scrap ( 302 ) in the initial moments of blowing, and can also be combined with the auxiliary gas supply chamber ( 117 ). For large quantities of scrap placed in the furnace, the introduction of an additional gas supply chamber ( 117 ) provided by oxidation gases, such as oxygen ( 300 ) itself, and fuel gases ( 305 ) that crosses the furnace environment ( 200 ) through the secondary gas outlet ( 118 ) to contact. The additional gas supply chamber ( 117 ) should allow the individual regulation of the pressure and flow conditions. Therefore, when using this chamber for the passage of oxygen ( 300 ) early in the refining process the condition of a medium pressure and flow the melting of the scrap ( 302 ), and the post-combustion leads to the formation of initial slag ( 303 ), which is rich in iron oxide, which in turn favors the dissolution of other slag formers. Subsequently, during the decarburizing step, the condition changes to high pressure and high flow, resulting in an increase in the carbon removal rate during the refining process of the metal bath (FIG. 301 ) is. Finally, at the end of the process, the condition of low flow and low pressure and increased oxidation of the slag ( 303 ), which contributes to the preservation of phosphorus. In the case of extremely high temperatures, inert gases with cooling properties or even rinsing agents may be used to seal the secondary gas outlets ( 118 ) to prevent.

Claims

A lance assembly for making and refining metals, comprising a lower post-combustion module ( 114 ), which enters the copper nozzle ( 101 ) and consisting of secondary outlets for lower oxygen ( 116 ) and fuel gases ( 117 ) containing the double funnel-shaped primary oxygen outlet ( 115 ), characterized in that the main oxygen tube ( 105 ) an injection tube for powdered solid material ( 119 ) in its interior.

Blowing lance assembly according to claim 1, characterized in that it has secondary outlets for oxygen ( 116 ) and fuel gases ( 117 ) with independent regulation of the primary oxygen.

Blowing lance assembly according to claim 1, characterized in that the injection of the pulverized solid material through the tube ( 119 ) continuously.

Blowing lance assembly according to claims 1 and 3, characterized in that oxygen is the carrier gas.

Blowing lance assembly according to claim 1, characterized in that during the injection intervals in the fractionated addition of an inert gas is used as a conductor for the particulate material.

Blowing lance assembly according to claim 5, characterized in that the inert gas is argon.

Blowing lance assembly according to claim 5, characterized in that the inert gas is nitrogen.

Blowing lance assembly according to claim 1, characterized in that the injection tube for the pulverized solid material ( 119 ) to the side of the copper nozzle ( 101 ) can run.

A lance assembly according to claim 1, characterized in that there may be a flow drive provided to the outlet for the pulverized solid material ( 119 ) is adjusted.

Blowing lance assembly according to claim 1, characterized in that the injection tube for the pulverized solid material ( 119 ) operates at injection rates in the range of 50 kg / min to 1,500 kg / min.

Blowing lance assembly according to claim 1, characterized in that the secondary outlet for the lower oxygen ( 116 ), annular or punctiform, with the main oxygen tube ( 105 ) connected is.

Blowing lance assembly according to claim 1, characterized in that the secondary outlet for the lower oxygen ( 116 ), annular or punctiform, with the additional gas supply chamber ( 117 ) connected is.