DE4315342C1 - Treating molten metal, in partic. steel with a purifying agent - with liquid oxygen or a two=phase mixt. of liq and gaseous oxygen used as the purifying agent - Google Patents

Treating molten metal, in partic. steel with a purifying agent - with liquid oxygen or a two=phase mixt. of liq and gaseous oxygen used as the purifying agent

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Abstract

Treatment of molten metal, esp. steel, with a purifying agent is characterised by the fact that liq. oxygen or a two-phase mixture of liq. and gaseous oxygen is used as the purifying agent. Oxygen is blown via a blow nozzle (1) in to or onto molten metal (3), with the pipe line (4) and/or the nozzle (1) cooled down so that oxygen has a temp. equal to or less than the boiling temp. of oxygen at a given environment temp. Liq. oxygen is cooled by liq. nitrogen or by liq. oxygen in boiling state. USE/ADVANTAGE - The process is used in the treatment of metal, esp. steel, melts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel.The invention relates to a method for treating Metal melting, especially steel melting, with a Fresh food.

Es ist bekannt, zum Frischen von Stählen oxydierende Gase oder Gasegemische, insbesondere gasförmigen Sauer­ stoff zu verwenden. Üblicherweise wird der Frischprozeß in Konvertern durch Aufblasen oder Einblasen der Gase oder einer Kombination aus beiden durchgeführt. Eine Reihe von Verfahrensbezeichnungen leiten sich aus der Art des Sauerstoffeinbringens ab, wie z. B. das LD-, LDAC-Verfahren oder der OBM-Prozeß. Dabei wird der gas­ förmige Sauerstoff durch eine Lanze oder einem Boden­ spülstein dem Roheisen zur Reaktion zugeführt. It is known to be oxidizing for the refining of steels Gases or gas mixtures, especially gaseous acids use fabric. Usually the fresh process in converters by inflating or blowing in the gases or a combination of both. A A number of process names are derived from the Type of oxygenation, such as. B. the LD, LDAC process or the OBM process. The gas shaped oxygen through a lance or a floor Flushing stone fed to the pig iron for reaction.  

Beim Frischen von Stählen mit gasförmigem Sauerstoff ergibt sich eine Blaszeit von 15 bis 18 min, um die im Roheisenbad enthaltenen Elemente Kohlenstoff, Silicium, Phosphor und Mangan zu oxydieren und das Eisen zu re­ duzieren.When refining steel with gaseous oxygen there is a blowing time of 15 to 18 min, around which the Pig iron bath contains elements carbon, silicon, Oxidize phosphorus and manganese and re iron reduce.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erhöhen der Frischgeschwindigkeit zu schaffen.The invention has for its object a method to increase the fresh speed.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be­ rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er­ findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.Based on the be in the preamble of claim 1 considering the state of the art, this task is he solved according to the invention with those in the characterizing part of claim 1 specified features.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.

Durch die Erfindung wird flüssiger Sauerstoff zum Fri­ schen von Stählen eingesetzt, der als einphasige Flüs­ sigkeit am Siedepunkt oder unter dem Siedepunkt unter­ kühlt vorliegt, oder als Zweiphasengemisch aus Flüssig­ keit und Gas. Flüssiger Sauerstoff hat eine 855 mal höhere Dichte als gasförmiger Sauerstoff unter Normbe­ dingungen. Dadurch wird Sauerstoff in konzentrierter Form der Reaktionszone angeboten und somit die Reakti­ onsgeschwindigkeit gesteigert. Durch den im flüssigem Zustand eingebrachten Sauerstoff ergibt sich eine hö­ here Gesamtmenge durch deren Beeinflussung der Frisch­ prozeß bezüglich einer höheren Frischgeschwindigkeit vorteilhaft gesteuert wird, wobei sich durch die Erfin­ dung eine Verkürzung der Blaszeit um bis zu 75% ergibt. Dabei kann der Frischprozeß durch die Beeinflussung des Verhältnisses des gasförmigen zum flüssigen Sauerstoff und/oder durch die Beeinflussung des Sauerstoffdruckes und der Geometrie der Blasdüse ebenfalls bezüglich einer höheren Frischgeschwindigkeit gesteuert werden. Durch Variation des Flüssigsauerstoffdruckes und der Düsen­ geometrie kann die Auftreffenergie beeinflußt werden. Sie kann gegebenenfalls soweit gesteigert werden, daß der Strahl in das Schmelzbad eindringt. Hinzu kommt, daß das Ausbringen an Legierungselementen sowie das Blasverhalten verbessert und der Staubauswurf vermin­ dert wird, da einerseits die Löslichkeit und anderer­ seits die Durchmischung des Roheisen durch den impuls­ reichen Flüssig-Sauerstoffeintrag verbessert wird.The invention turns liquid oxygen into Fri. steels used as single-phase rivers liquid at or below the boiling point is cool, or as a two-phase mixture of liquid speed and gas. Liquid oxygen has a 855 times higher density than gaseous oxygen under normbe conditions. This will make oxygen more concentrated Offered form of the reaction zone and thus the reacti ons speed increased. Because of the liquid Condition introduced oxygen results in a high Here total amount by influencing the freshness process regarding a higher fresh speed is advantageously controlled, with the Erfin the blowing time is reduced by up to 75%. The fresh process can be influenced by the Ratio of gaseous to liquid oxygen and / or by influencing the oxygen pressure and the geometry of the blow nozzle also with respect to one  higher fresh speed can be controlled. By Varying liquid oxygen pressure and nozzles geometry, the impact energy can be influenced. If necessary, it can be increased to such an extent that the jet penetrates the weld pool. Come in addition, that the application to alloy elements and the Improved blowing behavior and reduced dust ejection is changed because on the one hand the solubility and the other on the one hand the mixing of the pig iron by the impulse rich liquid oxygenation is improved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrie­ ben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and will be described in more detail below ben.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vor­ richtung, mit einer 3-Loch-Flüssig- Sauerstoffblaslanze und Wärmetauscher; Figure 1 is a schematic representation of the device before, with a 3-hole liquid oxygen blowing lance and heat exchanger.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer 3-Loch-Blasdüse mit Flüssigsauer­ stoffkernstrahl; Fig. 2 is a schematic representation of a 3-hole blow nozzle with liquid acid core jet;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vor­ richtung mit einem Brausekopf und Gas­ phasenabscheider. Fig. 3 is a schematic representation of the on direction with a shower head and gas phase separator.

In Fig. 1 ist eine Blasdüse 1 schematisch dargestellt, aus welcher ein Strahl 2 flüssigen Sauerstoffs mit hoher Geschwindigkeit von bis zu 90 m/s austritt und auf das flüssige Stahlbad des Konverters 3 auftrifft. Die Zufuhr des flüssigen Sauerstoffs erfolgt durch eine isolierte Leitung 4 aus einem isolierten Speicherbehälter 5 für flüssigen Sauerstoff.In Fig. 1, a blowing nozzle 1 is shown schematically, from which a jet 2 of liquid oxygen emerges at a high speed of up to 90 m / s and strikes the liquid steel bath of the converter 3 . The liquid oxygen is supplied through an insulated line 4 from an insulated storage container 5 for liquid oxygen.

Dieser Speicherbehälter 5 besitzt die üblichen, nicht näher bezeichneten Rohrleitungen und Ventile zur Ent­ nahme von flüssigem und gasförmigen Sauerstoff. Der für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte flüssige Sauerstoff wird durch die Leitung 6 aus dem isolierten Speicherbehälter 5 entnommen und - falls der Druck des Speicherbehälters 5 allein nicht ausreicht - nach dem Absperrventil 7 über die Flüssigsauerstoffpumpe 8 auf einen Druck von bis zu 50 bar erhöht. Die Leitung 4 kann zusätzlich mit einer Ummantelung aus einem kryo­ genen Medium versehen sein, um ein vorzeitiges Verdam­ pfen des Sauerstoffes zu vermeiden. Die Unterkühlung des Sauerstoffes erfolgt mit flüssigem Stickstoff oder mit flüssigem Sauerstoff. Flüssiger Stickstoff hat bei Umgebungsdruck einen um 13°C niedrigeren Siedepunkt als Sauerstoff und ist daher als Kühlmedium gut geeignet.This storage container 5 has the usual, unspecified pipelines and valves for the removal of liquid and gaseous oxygen. The liquid oxygen required for the method according to the invention is removed from the insulated storage container 5 through the line 6 and - if the pressure of the storage container 5 alone is not sufficient - is increased to a pressure of up to 50 bar by the shut-off valve 7 via the liquid oxygen pump 8 . The line 4 can additionally be provided with a jacket made of a cryogenic medium in order to avoid premature evaporation of the oxygen. The supercooling of the oxygen takes place with liquid nitrogen or with liquid oxygen. At ambient pressure, liquid nitrogen has a boiling point that is 13 ° C lower than that of oxygen and is therefore well suited as a cooling medium.

Das für die Kühlung und Unterkühlung geeignete kryogene Medium flüssiger Sauerstoff hat eine Gleichgewichtstem­ peratur die vom Umgebungsdruck abhängig ist. Beim Um­ gebungsdruck von 1 bar beträgt sie -183°C und sinkt bei Druckabsenkung ab. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird daher der Drucksauerstoff durch Wärmeaustausch mit Sauerstoff unter niedrigem Druck im erforderlichen Maß gekühlt. Von der isolierten Leitung 4 wird hinter dem Absperrventil 7 durch die Leitung 20 der zum Kühlen be­ stimmte flüssige Sauerstoff abgezweigt und über das Füllstandserfassungssystem 22 in den Wärmetauscher 21 geleitet.The cryogenic medium liquid oxygen suitable for cooling and subcooling has an equilibrium temperature which is dependent on the ambient pressure. At an ambient pressure of 1 bar, it is -183 ° C and decreases when the pressure drops. As shown in Fig. 1, the pressurized oxygen is therefore cooled to the required extent by heat exchange with oxygen under low pressure. From the insulated line 4 is branched behind the shut-off valve 7 through the line 20 to be cooling liquid oxygen and passed via the level detection system 22 into the heat exchanger 21 .

Im Innern des Wärmeaustauschers 21 wird mittels der Pumpe 24 ein Unterdruck bis zu 0,1 bar absolut erzeugt. Hierdurch wird die Siedetemperatur des flüssigen Sauer­ stoffes im Wärmeaustauscher 21 um bis zu 17°C gesenkt, so daß er als Kühlmedium für den Frischsauerstoff dienen kann. Durch die Wahl des Unterdruckes kann die Tempera­ turdifferenz des Kühlsauerstoffes zum Frischsauerstoff und somit die Größe des Wärmeaustauschers bestimmt wer­ den.A vacuum of up to 0.1 bar absolute is generated inside the heat exchanger 21 by means of the pump 24 . As a result, the boiling temperature of the liquid oxygen in the heat exchanger 21 is reduced by up to 17 ° C, so that it can serve as a cooling medium for the fresh oxygen. By choosing the negative pressure, the temperature difference between the cooling oxygen and the fresh oxygen and thus the size of the heat exchanger can be determined.

Der zum Frischen bestimmte unter 3 bis 6 bar Tankdruck (entspricht einer Gleichgewichtstemperatur von -167 bis -159°C) stehende Sauerstoff wird in Kupferwendeln 25 durch den Wärmeaustauscher 21 geführt und dabei von dem ihn umgebenden Kühlsauerstoff je nach vorliegendem Druckverhältnis um 16 bis 41°C unter seine Siedetem­ peratur gekühlt. Diese Unterkühlung ist wie oben be­ schrieben mit - oder auch ohne Verwendung eines Unter­ druckes durchführbar. Danach gelangt der Frischsauer­ stoff durch die isolierte Leitung 4 in die Blasdüse 1, die von einer Isolation und einem Wasserkühlmantel 16 (Fig. 2) umgeben ist, um sie gegen die hohe Wärmestrah­ lung durch die Metallschmelze zu schützen. Der Frisch­ sauerstoff verläßt die Blasdüse 1, indem er entspannt wird.The oxygen intended for freshening under 3 to 6 bar tank pressure (corresponds to an equilibrium temperature of -167 to -159 ° C) is passed in copper helices 25 through the heat exchanger 21 and thereby from the cooling oxygen surrounding it by 16 to 41 °, depending on the pressure ratio C cooled below its boiling point. This subcooling can be carried out as described above with or without using a vacuum. Thereafter, the fresh oxygen material passes through the insulated line 4 into the blowing nozzle 1 , which is surrounded by insulation and a water cooling jacket 16 ( FIG. 2) in order to protect it against the high heat radiation caused by the molten metal. The fresh oxygen leaves the blowing nozzle 1 by relaxing it.

Der bei der Eigenmediumkühlung anfallende gasförmige Sauerstoff kann für das Frischen auf herkömmliche Art oder in Kombination mit dem flüssigen Sauerstofffrischen verwendet werden. In Fig. 2 ist hierzu eine als 3-Loch- Flüssig-Sauerstoffblaslanze ausgebildete Blasdüse 1 dar­ gestellt. Die Blasdüse 1 weist einen zentrischen Zu­ strömkanal 10 für flüssigen Sauerstoff auf, der mit ei­ ner Ausströmdüse 11 verbunden ist. In der Ausströmdüse 11 ist ein den flüssigen Sauerstoff einschnürender Aus­ strömkanal vorgesehen, in dem der flüssige Sauerstoff vor seinem Austritt zu einem Strahl geformt wird. Kon­ zentrisch zum Zuströmkanal 10 ist eine Zuführung für gasförmigen Sauerstoff vorgesehen, der vorzugsweise aus drei, den Ausströmkanal 12 umgebenden Ausströmöffnungen 14 austritt. Die Ausströmöffnungen 14 sind in einem Düsenblock 15 angeordnet, der mit einem Kühlkanäle 16 aufweisenden Mantelrohr 17 verbunden ist. Das Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, strömt in Form einer Kreislaufküh­ lung entsprechend den Pfeilen 18, 19.The gaseous oxygen generated in the cooling of the own medium can be used for the freshening in a conventional manner or in combination with the liquid oxygen freshening. In Fig. 2 this is a 3-hole liquid oxygen blowing lance blow nozzle 1 is provided. The blowing nozzle 1 has a centric flow channel 10 for liquid oxygen, which is connected to an outlet nozzle 11 . In the outflow nozzle 11 a constricting the liquid oxygen is provided from the flow channel, in which the liquid oxygen is formed into a jet before it emerges. A supply for gaseous oxygen is provided centrally to the inflow channel 10 and preferably exits from three outflow openings 14 surrounding the outflow channel 12 . The outflow openings 14 are arranged in a nozzle block 15 which is connected to a casing tube 17 having cooling channels 16 . The coolant, preferably water, flows in the form of a circuit cooling according to the arrows 18 , 19th

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann die Blas­ düse 1 (Fig. 1) als reine Flüssig-Sauerstoffblaslanze ausgeführt sein.According to another embodiment variant, the blowing nozzle 1 ( FIG. 1) can be designed as a pure liquid oxygen blowing lance.

Dargestellt ist in Fig. 3 eine Vorrichtung zum Frischen mit flüssigem Sauerstoff, mit der der flüssige Sauer­ stoff dem Speicherbehälter 5 entnommen wird. Flüssiger Sauerstoff gelangt durch die Entnahmeleitung 6, das Füllstandserfassungssystem 31 und die isolierte Leitung 4 in den Gasphasenabscheider 30. Das Füllstandserfas­ sungssystem 31 hält den zum Frischen dienenden flüssigen Sauerstoff im Gasphasenabscheider 30 automatisch auf dem gewünschten Niveau, wozu mittels des Fühlers 32 der Füll­ stand erfaßt wird.Is shown in Fig. 3, an apparatus for refining with liquid oxygen, with which the liquid sour material the storage container 5 is taken. Liquid oxygen passes through the extraction line 6 , the fill level detection system 31 and the insulated line 4 into the gas phase separator 30 . The fill level detection system 31 automatically keeps the liquid oxygen used in the gas phase separator 30 at the desired level, for which purpose the fill level is detected by means of the sensor 32 .

Im dem Gasphasenabscheider 30 wird der gasförmige Sauer­ stoff von dem flüssigen Sauerstoff getrennt. Der flüs­ sige Sauerstoff wird über Leitung 4 einer Blasdüse zu­ geführt, die als vielstrahliger Brausekopf ausgebildet ist. Durch den Brausekopf wird der flüssige Sauerstoff in nahezu drucklosen Zustand mit vielen Strahlen 2 auf der Oberfläche der Metallschmelze verteilt und damit eine große Reaktionsfläche gefahrlos erzeugt.In the gas phase separator 30 , the gaseous oxygen is separated from the liquid oxygen. The liquid oxygen is fed via line 4 to a blowing nozzle, which is designed as a multi-jet shower head. Through the shower head, the liquid oxygen is distributed in an almost unpressurized state with many jets 2 on the surface of the molten metal, thus creating a large reaction area without risk.

Der durch äußeren Wärmeanfall entstehende gasförmige Sauerstoffanteil wird durch den Gasphasenabscheider 30 vor der Pumpe bzw. Blasdüse 1 separiert und über eine mit der Öffnung 33 verbundene Leitung 34 in den Spei­ cherbehälter 5 bzw. in eine O2-Ringleitung zurückge­ führt.The resulting accumulation of heat by external gaseous oxygen component is separated by the Gasphasenabscheider 30 upstream of the pump or blow nozzle 1, and via a connected to the port 33 conduit 34 into the SpeI cherbehälter 5 or in an O 2 -Ringleitung leads Retired.

Leitung 4 kann wie im Zusammenhang mit der Fig. 1 be­ schrieben, zusätzlich mit einer Ummantelung aus einem kryogenen Medium versehen sein, um ein vorzeitiges Ver­ dampfen zu vermeiden.Line 4 can be as described in connection with FIG. 1, additionally be provided with a casing made of a cryogenic medium in order to avoid premature evaporation.

Dem Sauerstoff können bei Bedarf auch andere Medien wie z. B. Argon oder Feststoffe beigefügt werden.Other media such as e.g. B. argon or solids can be added.

Claims (10)

1. Verfahren zum Behandeln von Metallschmelzen, insbe­ sondere Stahlschmelzen, mit einem Frischmittel, dadurch gekennzeichnet, daß als Frischmittel flüssiger Sauerstoff oder ein Zweiphasengemisch aus flüssigem und gasförmigen Sauerstoff verwendet wird.1. A method for treating molten metal, in particular special steel melts, with a coolant, characterized in that liquid oxygen or a two-phase mixture of liquid and gaseous oxygen is used as the coolant. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sauerstoff mit einer Blasdüse (1) in oder auf die Schmelze (3) geblasen wird, wobei der Sauer­ stoff über die zur Blasdüse (1) führende Zuleitung (4) und/oder über die Blasdüse (1) so gekühlt wird,
daß der Sauerstoff eine Temperatur aufweist, die an oder unter der Siedetemperatur des Sauerstoffes bei Umgebungstemperatur liegt.2. The method according to claim 1,
characterized,
that the oxygen is blown into or onto the melt ( 3 ) with a blow nozzle ( 1 ), the oxygen being cooled via the feed line ( 4 ) leading to the blow nozzle ( 1 ) and / or via the blow nozzle ( 1 ),
that the oxygen has a temperature which is at or below the boiling point of the oxygen at ambient temperature. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff durch flüssigen Stick­ stoff oder durch flüssigen Sauerstoff im Siedezu­ stand gekühlt wird.3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized, that the liquid oxygen through liquid stick substance or by liquid oxygen in the boil was cooled. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff in einem Wärmeaustauscher mit flüssigem Sauerstoff gekühlt wird, dessen Druck niedriger ist als der Druck des zum Frischen verwen­ deten flüssigen Sauerstoffes.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the liquid oxygen in a heat exchanger is cooled with liquid oxygen, its pressure is lower than the pressure of the freshener liquid oxygen. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Kühlung dienende flüssige Sauerstoff unter einem Druck unterhalb des Umgebungsdruckes steht.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the liquid oxygen used for cooling  under a pressure below the ambient pressure stands. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff mit einer Flüssigsauer­ stoffpumpe (8) auf einen Druck von 6 bis 50 bar ge­ bracht wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the liquid oxygen with a liquid oxygen pump ( 8 ) is brought to a pressure of 6 to 50 bar ge. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Versorgungs­ einrichtung für Sauerstoff und einer mit der Ver­ sorgungseinrichtung verbundenen Blasdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung ein isolierter Spei­ cherbehälter (5) für flüssigen Sauerstoff ist und die Blasdüse (1) als Flüssigsauerstoffblasdüse oder als kombinierte Flüssig-Gassauerstoffblasdüse (10) ausgebildet ist, welche über mindestens eine iso­ lierte Zuleitung (4) und eine Flüssigsauerstoff­ pumpe (8) mit dem Speicherbehälter (5) für flüssigen Sauerstoff in Verbindung steht.7. Device for performing the method according to one of claims 1 to 6, with a supply device for oxygen and a supply device connected to the supply device, characterized in that the supply device is an insulated storage container ( 5 ) for liquid oxygen and the blowing nozzle ( 1 ) is designed as a liquid oxygen blowing nozzle or as a combined liquid-gas oxygen blowing nozzle ( 10 ) which is connected to the storage container ( 5 ) for liquid oxygen via at least one insulated supply line ( 4 ) and a liquid oxygen pump ( 8 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierte Zuleitung (4) mit einer Ummante­ lung aus flüssigem Stickstoff oder flüssigem Sauer­ stoff versehen ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the insulated supply line ( 4 ) is provided with a jacket made of liquid nitrogen or liquid oxygen. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse (1) mit mindestens einem Kühlkanal (16) versehen ist.9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the blowing nozzle ( 1 ) is provided with at least one cooling channel ( 16 ). 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Pumpe (8) und der Blasdüse (1) in der Leitung (4) ein Wärmeaustauscher angeordnet ist, der mit einer Unterdruckpumpe (24) verbunden ist.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that between the pump ( 8 ) and the blowing nozzle ( 1 ) in the line ( 4 ) a heat exchanger is arranged, which is connected to a vacuum pump ( 24 ).
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