EP0011779A1 - Process for increasing the life of basic converter linings in the course of the refining of pig iron to steel - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Haltbarkeit basischer Ausmauerungen von Konvertern beim Frischen von Roheisen zu Stahl unter Verwendung von Mg0 oder Mg0 enthaltenden Stoffen sowie Kalk als Zuschläge.The present invention relates to a method for increasing the durability of basic brick lining of converters when refining pig iron to steel using materials containing MgO or MgO and lime as additives.
Die basischen Ausmauerungen von Konvertern bestehen gewöhnlich aus getemperten, seltener aus grünen teer-oder pechgebundenen Dolomitsteinen, Magnesitsteinen oder Dolomit/Magnesit-Mischsteinen. Diese Ausmauerungen unterliegen während des Frischens des Roheisens einem starken Verschleiss, der physikalische und chemische Ursachen hat. Die physikalischen Ursachen sind beispielsweise durch Erosion, durch Zuschlagen von Schrott und durch thermische Spannungen aufgrund wechselnder Temperaturen im Konverter gegeben. Die chemischen Einflüsse als Hauptverschleissursache sind im wesentlichen durch den Schlackenangriff auf Bestandteile der Konverterzustellung gegeben.The basic lining of converters usually consists of tempered, less often green tar or pitch-bound dolomite stones, magnesite stones or dolomite / magnesite mixed stones. These linings are subject to heavy wear while the pig iron is being freshed, which has physical and chemical causes. The physical causes are, for example, erosion, the addition of scrap and thermal stresses due to changing temperatures in the converter. The chemical influences as the main cause of wear are essentially due to the slag attack on components of the converter feed.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, den chemischen Verschleiss zu vermindern und dadurch die Haltbarkeit der basischen Ausmauerungen zu erhöhen, und zwar durch eine gezielte metallurgische Führung des Frischprozesses. Naturgemäss hängt der chemische Verschleiss sehr stark von der Zusammensetzung der Schlacke während des Frischens ab. Nach dem gegenwärtigen Stand der Erkenntnisse, zum Beispiel Arch. Eisenhüttenwes. 44, 451, (1973) soll der Eisenoxidgehalt der Schlacke dabei eine Rolle spielen, da eine Reaktion zwischen dem Eisenoxid und dem Kohlenstoff des Bindemittels der Zustellung stattfindet, so dass in der ersten Verschleissphase eine Entkohlung der Zustellung stattfindet.The aim of the present invention is to reduce chemical wear and thereby increase the durability of the basic brickwork, specifically by means of a targeted metallurgical control of the fresh process. The chemical wear naturally depends very much on the composition of the slag during the Freshen up. According to the current state of knowledge, for example Arch. Eisenhüttenwes. 44, 451, (1973) the iron oxide content of the slag is to play a role in this, since a reaction takes place between the iron oxide and the carbon of the binder of the feed, so that decarburization of the feed takes place in the first wear phase.
Weiterhin werden nach Betriebsbeobachtungen Verschleisserscheinungen von der Zusammensetzung der Endschlacken abgeleitet. Beim Frischen bildet sich, bedingt durch den Siliciumgehalt des Roheisens und durch das entsprechende Eisenoxid, eine saure Schlacke, die man durch basische Zuschläge, z.B. durch Ca0, zu neutralisieren trachtet. Selbst die basische Schlacke hat ein erhebliches Lösungsvermögen für Mg0, welches die Schlacke der Ausmauerung entnimmt. Diese Mg0-Löslichkeit der Schlacke ist zu Beginn des Frischens am grössten und sinkt bei Blasende ab. Daraus folgt, dass der Schlackenangriff auf die Konverterausmauerung zu Beginn des Frischens am grössten ist und dass man die Zusammensetzung der Endschlacken nicht als Maßstab zur Beurteilung des Futterverschleisses heranziehen kann.Furthermore, according to operational observations, signs of wear are derived from the composition of the final slags. When freshening, due to the silicon content of the pig iron and the corresponding iron oxide, an acidic slag is formed which can be obtained by adding basic additives, e.g. tries to neutralize it with Ca0. Even the basic slag has a considerable ability to dissolve Mg0, which the slag takes from the lining. This Mg0 solubility of the slag is greatest at the start of freshening and decreases at the end of the blowing. It follows that the slag attack on the converter lining is greatest at the start of freshening and that the composition of the final slag cannot be used as a yardstick for assessing feed wear.
Es wurden denn auch bereits Überlegungen angestellt, nur soviel MgO zusammen mit Kalk in den Konverter einzubringen, dass die Endschlacke an MgO gesättigt ist. Das bedeutet jedoch, dass die Anfangsschlacke zu wenig MgO enthält.Considerations have already been made to only add so much MgO together with lime to the converter that the final slag is saturated with MgO. However, this means that the initial slag contains too little MgO.
Eine Sättigung der Anfangsschlacke mit Mg0, z.B. durch Anwendung eines grossen Überschusses, ist deswegen nicht möglich, weil sich das eingebrachte MgO schlecht löst. Die Löslichkeit für Mg0 verbessert sich jedoch während des Frischprozesses, so dass die Endschlacke an Mg0 übersättigt wird, was zur Folge hat, dass die Endschlacke sehr viskos ist und die Entphosphorisierung sowie die Entschwefelung stark behindert wird.It is not possible to saturate the initial slag with Mg0, for example by using a large excess, because the MgO introduced is bad solves. However, the solubility for Mg0 improves during the fresh process, so that the final slag is over-saturated with Mg0, which has the consequence that the final slag is very viscous and the dephosphorization and desulfurization are greatly impeded.
Zum Erkenntnisstand gehört auch, dass der ideale Schutz gegen einen Schlackenangriff auf die Konverterausmauerung dann gegeben wäre, wenn es gelänge, die Magnesiumoxid-Konzentration der Schlacke in jeder Phase des Frischprozesses an der Sättigungsgrenze zu halten, also auch zu Beginn des Frischens.The state of knowledge also includes that the ideal protection against slag attack on the converter lining would be provided if the magnesium oxide concentration of the slag could be kept at the saturation limit in every phase of the refining process, i.e. also at the beginning of refining.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Futterhaltbarkeit basischer Konverter zu verlängern, und zwar durch Erhöhung der Auflösungsgeschwindigkeit von eingesetztem MgO als Zuschlagstoff, insbesondere zu Beginn des Frischprozesses, unter Vermeidung von Flussmittelzusätzen, ferner die Einhaltung der Mg0-Sättigung der Schlacke während des gesamten Frischprozesses, so dass keine Behinderung der Entphosphorung und Entschwefelung durch eine zu viskose Endschlacke eintritt und schliesslich weiterhin Vermeidung von Überschüssen an basischen Zuschlägen.The present invention is based on the object of extending the feed life of basic converters, namely by increasing the dissolution rate of MgO used as an additive, in particular at the beginning of the fresh process, while avoiding the addition of fluxes, and also maintaining the Mg0 saturation of the slag throughout Fresh process, so that there is no hindrance to the dephosphorization and desulphurization by too viscous final slag and finally further avoidance of excess basic additives.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Aufgabe lösbar ist, wenn man das Mg0 oder die Mg0 enthaltenden Stoffe in Gegenwart von Ca0 oder Ca0 enthaltenden basischen Stoffe in das flüssige Roheisen einbläst mit der Maßgabe, dass das Einblasen dieser Zuschläge in den Brennfleckbereich erfolgt, mit dem Frischen beginnt und nach 15 % bis 35 % der Frischzeit beendet ist, wobei diese Zuschläge eine Korngrösse von weniger als 2 mm aufweisen und die Mengen an MgO und Ca0 so zu bemessen sind, dass sich in der Schlacke ein prozentuales CaO/MgO und ein prozentuales Ca0/ Si02-Verhältnis ergibt, die gemäss Schaubild 1 funktionell zusammengehören und zwischen den Kurven A und B liegen, während die erforderliche Restkalkmenge beginnend nach 15 % bis 35 % der Frischzeit zugeschlagen wird.Surprisingly, it was found that this problem can be solved if the Mg0 or the Mg0-containing substances are blown into the molten pig iron in the presence of Ca0 or Ca0-containing basic substances with the proviso that these additives are blown into the focal spot area with the freshening begins and ends after 15% to 35% of the fresh season, these supplements having a grain size of have less than 2 mm and the amounts of MgO and Ca0 are to be measured so that there is a percentage CaO / MgO and a percentage Ca0 / Si0 2 ratio in the slag, which functionally belong together according to Figure 1 and between curves A and B, while the required amount of remaining lime is added after 15% to 35% of the fresh season.
Es hat sich gezeigt, dass das Einblasen des Mg0 oder der Mg0 enthaltenden Stoffe in den während des Frischens entstehenden sogenannten Brennfleck mit seiner hohen Temperatur zu einer ausserordentlich schnellen Auflösung des Mg0 in der sich bildenden Schlacke bereits zu Beginn des Frischens führt, wenn Kalk oder Kalk enthaltende basische Stoffe (Schlackenbildner) zugegen sind. Diesen Kalk kann man z.B. unmittelbar vor Blasbeginn in stückiger Form zuschlagen oder vorteilhafterweise zusammen mit dem Mg0 Zusatz in feinkörniger Form einblasen. Die Zuschläge sind zweckmässig weichgebrannt beziehungsweise kalziniert. Als Ronstoffe kann man Magnesit, kalkhaltigen Magnesit, magnesitischen Kalk oder Mischungen verwenden. Diese Stoffe können mit natürlich vorkommenden Begleitstoffen bis zu einem gewissen Grade verunreinigt sein. Vorteilhaft ist es, Dolomit einzusetzen.It has been shown that the blowing in of the Mg0 or the Mg0-containing substances into the so-called focal spot during the refreshing process, with its high temperature, leads to an extraordinarily rapid dissolution of the Mg0 in the slag which forms, even at the beginning of the refreshment, if lime or lime containing basic substances (slag formers) are present. This lime can be e.g. close in pieces immediately before blowing or blow in together with the Mg0 additive in fine-grained form. The surcharges are suitably soft-fired or calcined. Magnesite, calcareous magnesite, magnesitic lime or mixtures can be used as ron substances. These substances can be contaminated to a certain extent with naturally occurring accompanying substances. It is advantageous to use dolomite.
Um die Basizität der Anfangsschlacke zu erhöhen und damit gleichzeitig die zur Sättigung führenden Mg0-Gehalte zu erniedrigen ist es weiter vorteilhaft, Stoffe mit hoher Basizität und niedrigem Schmelzpunkt, z.B. LD-Schlacke, bei Blasbeginn und/oder vor Beginn des Frischens einzusetzen. Beim Einsatz von LD-Schlacke ist ein Prozentsatz von o,5 bis 2,o %, bezogen auf den erzeugten Stahl, von Vorteil. Hierdurch werden die Sättigungsgehalte an MgO in der Anfangsperiode des Blasens schneller erreicht. Dadurch ist es möglich, den erforderlichen Mg0-Satz herabzusetzen.In order to increase the basicity of the initial slag and at the same time to lower the Mg0 contents leading to saturation, it is further advantageous to use substances with a high basicity and low melting point, for example LD slag, at the start of blowing and / or before the start of freshening. When using LD slag, a percentage of 0.5 to 2.0%, based on the produced steel, an advantage. As a result, the saturation levels of MgO are reached more quickly in the initial period of blowing. This makes it possible to reduce the required Mg0 rate.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Mg0 oder die Mg0 enthaltenden Stoffe, gegebenenfalls zusammen mit Kalk mit Sauerstoff als Trägergas eingeblasen werden. Auf diese Weise werden die einzublasenden Stoffe direkt dem Brennfleck zugeführt. Sofern die beim Frischen des Roheisens verwendete Blaslanze zur Zuführung von Feststoffen eingerichtet ist, kann das Einblasen der Feststoffe mit dem zum Frischen erforderlichen Sauerstoff erfolgen. Wenn dies nicht der Fall ist, wird erfindungsgemäss eine zweite Lanze eingesetzt, welche lediglich zum Einblasen der Feststoffe dient. Sofern ein anderes Gas als Sauerstoff die Trägergasfunktion übernimmt, sollte das Einblasen der Feststoffe im Bereich des Brennflecks erfolgen, der beim Frischvorgang entsteht.It is also advantageous if the Mg0 or the Mg0-containing substances, optionally together with lime, are blown in with oxygen as the carrier gas. In this way, the substances to be blown are fed directly to the focal spot. If the blowing lance used to refresh the pig iron is set up to supply solids, the solids can be blown in with the oxygen required for the refreshing. If this is not the case, a second lance is used according to the invention, which only serves to blow in the solids. If a gas other than oxygen takes on the carrier gas function, the solids should be blown in in the area of the focal spot that arises during the fresh process.
In entsprechender Anwendung dieser Vorschriften kann das erfindungsgemässe Verfahren nicht nur bei der Durchführung des LD-Frischens erfolgen, sondern auch bei anderen Verfahrensweisen, zum Beispiel bei dem sogenannten LDAC-, beim AOD- und auch beim OBM-Verfahren. Diese Verfahren benutzen teilweise neben Sauerstoff andere Gase, die auch als Trägergase dienen können, ebenso wie Gasgemische mit und ohne Sauerstoff.In a corresponding application of these regulations, the method according to the invention can be carried out not only when performing LD freshening, but also in other procedures, for example in the so-called LDAC method, in the AOD method and also in the OBM method. These processes sometimes use other gases besides oxygen, which can also serve as carrier gases, as well as gas mixtures with and without oxygen.
Das erfindungsgemäss Verfahren ist nicht auf eine Auswahl der beschriebenen technischen Massnahmen beschränkt, sondern es ist auch möglich, diese Massnahmen in technisch sinnvoller Weise zu kombinieren, zum Beispiel dadurch, dass man vorgebildete Schlacke verwendet und kalzinierten feinkörnigen Dolomit mit Hilfe einer gesonderten Lanze mit Sauerstoff als Trägergas einbläst oder dass man vor Beginn des Frischens einen Kalkzuschlag einbringt, sodann kalkhaltigen Magnesit mit Hilfe eines Inertgases über eine gesonderte Lanze oder im Rahmen des OBM-Verfahrens beziehungsweise des AOD-Verfahrens zuschlägt. Diese Variationen sollen lediglich als Beispiele für mögliche Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens dienen.The method according to the invention is not limited to a selection of the technical measures described, but it is also possible to combine these measures in a technically meaningful manner, for example game by using pre-formed slag and blowing in calcined fine-grained dolomite with the help of a separate lance with oxygen as the carrier gas or by adding a lime additive before the start of freshening, then calcareous magnesite using an inert gas via a separate lance or as part of the OBM Procedure or the AOD procedure. These variations are only intended to serve as examples of possible variants of the method according to the invention.
Die erforderliche Restkalkmenge richtet sich nach dem metallurgischen Gegebenheiten, insbesondere nach dem Siliziumgehalt des Roheisens und den bereits zugeschlagenen basischen Stoffen. Sie ist durch Rechnung leicht zu ermitteln und wird vorteilhaft nach 25 % der Frischzeit zugeschlagen.The required amount of lime depends on the metallurgical conditions, in particular on the silicon content of the pig iron and the basic substances that have already been added. It is easy to determine by invoice and is advantageously added after 25% of the fresh season.
Das Einblasen der Zuschläge soll mit Beginn des Frischens einsetzen, um von Anfang an eine MgO gesättigte Schlacke zu erreichen. Das Ende des Einblasens soll zwischen 15 % und 35 % der Blaszeit beendet sein, vorzugsweise nach etwa 25 der Frischzeit, so dass anschliessend mit dem Zuschlag der Restkalkmenge, frühestens beginnend bei 15 %, spätestens bei 35 % der Frischzeit, begonnen werden kann. Dabei können sich die Zeitpunkte für die Zuschläge bei niedrigen Siliciumgehalten des Stahls überschneiden. Bei hohen Siliciumgehalten dagegen sollte das MgO-Einblasen vor dem Zuschlag der Restkalkmenge beendet sein.The additions should be blown in at the start of the freshening process in order to achieve a MgO-saturated slag from the start. The end of the blowing should end between 15% and 35% of the blowing time, preferably after about 25% of the fresh time, so that the addition of the remaining lime quantity can then begin, starting at 15% at the earliest, and 35% of the fresh time at the latest. The times for the aggregates can overlap if the steel's silicon content is low. In the case of high silicon contents, however, the MgO injection should be stopped before adding the remaining lime.
Erfindungsgemäss sind die Mengen an MgO und Kalk so bemessen, dass sich in der Schlacke ein prozentuales Ca0/11g0 und ein prozentuales CaO/SiO2-Verhältnis ergibt, die gemäss Schaubild 1 funktionell zusammengehören und zwischen den Kurven A und B liegen. Die Kurven lassen sich formelmässig ausdrücken als
Hierbei stellt F einen Faktor von o,413 dar. Bei der Kurve A nimmt C den Wert von o,5 ein, bei der Kurve B den Wert von o,2. Der anzustrebende Mittelwert liegt bei C = 0,35. Der Gültigskeitsbereich der Kurven liegt zwischen
Die Menge der Einsatzstoffe lässt sich aus Bild 1, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Diagrammen, wie in Bild 2 gezeigt ist, berechnen. Diese Berechnungen werden durch zwei Beispiele im betrieblichen Maßstab weiter unten erläutert. Bei der Mengenberechnung der Zuschlagstoffe ist deren Gehalt an MgO beziehungsweise Ca0 zu berücksichtigen, selbstverständlich auch beim Einsatz von MgO enthaltenden Stoffen oder von vorgebildeter Schlacke.The amount of input materials can be calculated from Figure 1, if necessary with the help of diagrams, as shown in Figure 2. These calculations are illustrated by two examples on an operational scale below. When calculating the quantity of the aggregates, their MgO or Ca0 content must be taken into account, of course also when using MgO-containing substances or pre-formed slag.
Anhand dieser Beispiele, die repräsentativ für zahlreiche Betriebsversuche sind, wurde festgestellt, dass sich das eingebiasene MgO in der Schlacke schnell löst und dass überraschenderweise spätestens nach 1o % der Frischzeit eine MgO-gesättigte Schlacke vorliegt. Es hat sich ferner gezeigt, dass bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens auch der Kalk in der Schlacke ausserordentlich schnell gelöst wird und dass ein Zusatz von Flussmitteln nicht erforderlich ist. Die Frischreaktion wird nicht behindert und auch die Entphosphorung und Entschwefelung ergeben ausgezeichnete Ergebnisse.On the basis of these examples, which are representative of numerous operational tests, it was found that the blown-in MgO dissolves quickly in the slag and that, surprisingly, an MgO-saturated slag is present at the latest after 10% of the fresh time. It has also been shown that when the method according to the invention is carried out, the lime in the slag is also dissolved extremely quickly and that addition of flux is not necessary. The fresh reaction is not hindered and the dephosphorization and desulfurization also give excellent results.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern und eine Anleitung für die Berechnung der Zuschlagmengen geben. In beiden Beispielen wurde ein mit Magnesitsteinen zugestellter 2oo t Konverter benutzt. Das eingesetzte Stahleisen hatte unterschiedliche Siliciumgehalte.The following examples are intended to explain the invention and provide instructions for calculating the additional quantities. In both examples a 2oo t converter delivered with magnesite stones was used. The steel iron used had different silicon contents.
Berechnung des Dolomitsatzes:
- 185 t Stahleisen mit o,8o % Si bringen in den ersten 25 % Blasezeit (o,8o % Si - o,27 % Si) 21ol kg SiO2 ein, bei einem Restsiliziumgehalt nach 25 % Blasezeit von o,27 %.
- 185 t of steel iron with o, 8o% Si bring in 21ol kg SiO 2 in the first 25% blowing time (o, 8o% Si - o, 27% Si), with a residual silicon content after 25% blowing time of o, 27%.
Für eine MgO-Sättigung der Anfangsschlacke werden nach Bild 1 und Bild 2 bei Einsatz von Dolomit (58 % CaO, 37 % Mg0) folgende Verhältnisse für die Schlacke eingesetzt:
- kgCaO/kgMgO = 1,57 darauf folge %CaO/%MgO = 2,30 %CaO/%SiO2= 1,40
- kgCaO / kgMgO = 1.57 followed by% CaO /% MgO = 2.30% CaO /% SiO 2 = 1.40
Diese Sättigungs-Verhältnisse werden durch folgende Einsatz-kg-Verhältnisse erreicht (Bild 2):
- kgCaO/kgSiO2 = 1,1
- kgCaO / kgSiO 2 = 1.1
Hieraus werden die Einsatzmengen an CaO und Mgo errechnet:
Nach dem Zünden des Sauerstoffs werden 4,o t Dolomit mit einer Zugabegeschwindigkeit von 1,3 t/min in 3,15 min eingeblasen. Der Restkalksatz, lo,7 t, wird nach 25 % Blasezeit beginnend zugesetzt.After the oxygen has been ignited, 4.0 t of dolomite are blown in at 3.15 min at a rate of 1.3 t / min. The remaining lime, lo, 7 t, is added after a 25% blowing time.
Nach 25 % Blasezeit und bei Blasende hat die Schlackenanalyse folgende Werte:
Anfangs- und Endschlacken haben eine MgO-Konzentration, die zur Sättigung der Schlacke führt, wie die Prozentverhältnisse in Bild 1 zeigen. Es werden 7,4 kg MgO pro t eingesetzt.Initial and final slags have an MgO concentration that leads to saturation of the slag, as the percentages in Figure 1 show. There are 7.4 kg of MgO per t used.
Berechnung des Dolomitsatzes:
- 185 t Stahleisen mit o,4o % Si bringen 1388 kg Si02 ein, bei einem Restsiliziumgehalt nach 25 % Blasezeit von o,o5 %. Die kg-Verhältnisse und Prozent-Verhältnisse der Anfangsschlacken haben die gleichen Werte
wie im Beispiel 1.
- 185 t of steel iron with o, 40% Si bring in 1388 kg Si0 2 , with a residual silicon content after 25% blowing time of o, o5%. The kg ratios and percent ratios of the initial slags have the same values as in Example 1.
Hieraus werden die Einsatzmengen an CaO und MgO errechnet:
Nach dem Zünden des Sauerstoffs werden 2,65 t Dolomit mit einer Zugabegeschwindigkeit von o,85o t/min in 3,1 min eingeblasen. Der Restkalksatz, 6,o t, wird nach 25 % Blasezeit beginnend zugesetzt. Nach 25 % Blasezeit und bei Blasende hat die Schlackenanalyse folgende Werte:
Analyse der Stahlprobe bei Blasende:
Anfangs- und Endschlacken haben eine MgO-Konzentration, die zur Sättigung der Schlacke führt, wie die Prozentverhältnisse in Bild 1 zeigen. Es werden 4,9 kg MgO pro t eingesetzt.Initial and final slags have an MgO concentration that leads to saturation of the slag, as the percentages in Figure 1 show. 4.9 kg MgO per t are used.
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