EP2986743B1 - Verfahren zur hersteilung von ferrolegierungen mit niedrigem kohlenstoffgehalt in einem vakuum-konverter - Google Patents
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Classifications
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- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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-
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- C21C7/10—Handling in a vacuum
Definitions
- the invention relates to a process for the preparation of ferroalloys, in particular FeCr and FeMn alloys, with low carbon content in the AOD converter,
- Fe Cr Fe Mn AOD converter 1.0% 1.0% CLU converter 1.0% 1.0% VOD / VODC converter 0.4% 0.4%
- Dividing the refining to the lowest C-content in the production of ferroalloys in two process stages with converter and vacuum system significantly reduces the cycle time of the individual plant components and enables lower carbon contents to be achieved ,
- This division of the process steps shortens the treatment time in the individual treatment stages and thus increases the production of the entire system.
- the VODC converter (V acuum O xygen D ecarburisation C onverter) connects these two process steps already in one unit.
- the process is known from steelmaking, especially for the production of stainless steel and special steels. Vacuum converters have already been built by GHH, Leybold Heraeus, Daido and Demag.
- a VODC converter oxygen is injected via a top lance into a converter vessel with soil washes (Ar or N 2 ) under vacuum in a steel melt for refining.
- soil washes Ar or N 2
- the technologies and plant components used have been significantly improved over time (vacuum pumps, vacuum lance insert, vacuum bunker, exhaust gas analysis, etc.).
- the downside of this process is that the decarburization process, as in the VOD plant, only proceeds very slowly over an O 2 top lance with very low blow rates with low intermixing energy throughout the process.
- the invention has for its object to simplify the manufacturing process.
- the first stage involves the desilication and the main decarburization of the melt and is carried out on the basis of the AOD process under atmospheric conditions.
- oxygen is injected into the melt via a top lance and oxygen and CO 2 via the underbath nozzles.
- the process in the converter vessel is run under vacuum.
- a vacuum cap is run over the converter mouth and with the help of side nozzles under vacuum.
- the partial pressure reduction of CO takes place to one via the injection of inert gas and in parallel via a pressure reduction in the vessel.
- the gases CO 2 or C m H 2m + 2 in turn, cause an endothermic reaction and, in the application of CO 2, the Boudouard reaction (the carbon content of the melt is in this phase still well over 1%) use.
- Boudouard equilibrium is the temperature-dependent chemical equilibrium between carbon, carbon monoxide and carbon dioxide.
- Oxygen can be mixed with CO 2 on the process and protective gas sides of the annular gap nozzle.
- the use of these gases also has the consequence in this process phase that the coolant requirement can be reduced.
- the slag is reduced with the aid of conventional reducing agents and slag formers.
- the new process also uses CO 2 .
- the CO 2 will react in the melt with the carbon (Boudouard reaction) to CO.
- Boudouard reaction to CO.
- CO supports the reduction of the slag, which leads to lowest chromium oxide / manganese oxide contents in the slag and thus to higher outputs of the respective reduced metals.
- Inert gas in the form of Ar or N 2 can also be used as purge gas.
- the reduction of slag can take place both under vacuum and under atmospheric conditions.
- the vacuum converter is equipped with a valve station that allows mixing of the process and inert gases used for the top lance and bottom bath nozzles.
- the gases are mixed as follows, especially in the case of the underbath nozzles on the process and inert gas sides tuyeres tuyeres lance mixing ratio protective gas process gas O 2 X X N 2 X X Ar X X CO 2 X X X C m H 2m + 2 X O 2 + N 2 / air X X X 1: 4-4: 1 O 2 + Ar X 1: 4-4: 1 O 2 + CO 2 X X 1: 4-4: 1
- the conditions for refining under vacuum in the AOD converter with simultaneous injection of large amounts of inert gas to lower the partial pressure of CO are significantly cheaper than in a VOD / VODC plant, because the reaction space, the specific blowing rates and the mixing energy of the reaction potential for decarburization in the Enlarge converter vessel significantly. For this reason, the decarburization rate in the vacuum converter is significantly greater than in a VOD or VODC system.
- the refractory consumption of a conventional VOD / VODC system is significantly longer due to longer treatment times than with a vacuum converter.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen, mit niedrigem Kohlenstoffgehalt im AOD Konverter,
- Der Entkohlungsprozess für die Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigsten C-Gehalten findet heute im AOD-Konverter (Argon-Oxygen-Decarburisation), CLU Konverter (Creusot Loire Uddeholm) oder in einer VOD-Anlage (Vacuum Oxgen Decarburisation) statt. Die Nachteile dieser bekannten Konverterverfahren AOD und CLU bestehen darin, dass tiefe C-Gehalte nur bedingt über sehr lange Behandlungszeiten unter atmosphärischen Druck erreicht werden können. Wegen der hohen Start Si- Gehalte und der hohen Start C-Gehalte müssen bei den konventionellen Konverterverfahren große Kühlmittelmengen während der Entsilizierungs- und Hauptentkohlungsphase zugesetzt werden.
- Die erreichbaren Grenzwerte für Kohlenstoff zur Produktion von FeCr und FeMn liegen bei den konventionellen Verfahren bei ca.:
Fe Cr Fe Mn- AOD Konverter 1,0% 1,0% CLU Konverter 1,0% 1,0% VOD/ VODC Konverter 0,4% 0,4% - Teilt man bei der Erzeugung von Ferrolegierungen die Raffination zu niedrigsten C-gehalten in zwei Prozessstufen mit Konverter und Vakuumanlage (d. h. Entsilizierung und Hauptentkohlung im Konverter und Tiefentkohlung in der VOD- Anlage) wird die Zykluszeit der einzelnen Anlagenkomponenten deutlich verkürzt und tiefere Kohlenstoffgehalte können erreicht werden. Über diese Aufteilung der Prozessschritte verkürzt man die Behandlungszeit in den einzelnen Behandlungsstufen und erhöht damit die Produktion der Gesamtanlage.
- Der VODC Konverter (Vacuum Oxygen Decarburisation Converter) verbindet diese beiden Prozessschritte bereits in einem Aggregat. Der Prozess ist aus der Stahlerzeugung, insbesondere für die Produktion von Edelstahl und Spezialstähle, bekannt. Vakuum-Konverter wurden u.a. bereits von GHH, Leybold Heräus, Daido und Demag gebaut.
- Bei einem VODC Konverter wird Sauerstoff über eine Toplanze in ein Konvertergefäß mit Bodenspülen (Ar oderN2) unter Vakuum in eine Stahlschmelze zur Raffination eingeblasen. Die dafür verwendeten Technologien und Anlagenkomponenten wurden im Laufe der Zeit wesentlich verbessert (Vakuum-Pumpen, Lanzeneinsatz unter Vakuum, Vakuum-Bunker, Abgasanalyse usw.).
Der Nachteil dieses Prozesses ist, dass der Entkohlungsprozess, wie bei der VOD- Anlage, nur über eine O2 Toplanze mit sehr niedrigen Blasraten bei niedriger Durchmischungsenergie über den gesamten Prozessverlauf, nur sehr langsam fortschreitet. - Aus der
EP 1431404 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem Vakuum-Konverter in der ersten Stufe die Entsilizierung und Hauptentkohlung auf Basis des Konverter-Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wird, wobei über eine Toplanze Sauerstoff und über Unterbaddüsen, Sauerstoff und CO2 in die Schmelze eingeblasen werden und anschließend in einer zweiten Stufe im selben Konverter die Tiefentkohlungsphase unter Vakuum durchgeführt wird, wobei auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen zusätzlich CO2 injiziert wird. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren zu vereinfachen.
- Erfindungsgemäß wird der Prozess in 2 Prozessstufen in einem Aggregat gefahren.
- Die erste Stufe umfasst die Entsilizierung und die Hauptentkohlung der Schmelze und wird auf Basis des AOD-Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt. In der Ensilizierungs.- und Hauptentkohlungsphase wird über eine Toplanze Sauerstoff und über die Unterbaddüsen Sauerstoff und CO2 in die Schmelze eingeblasen.
- Als Unterbaddüsen werden insbesondere Ringspaltdüsen verwendet.
- Auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen werden alternative Gase wie CO2, CmH2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert. Speziell das CO2 bzw. die Carbonhydrate rufen beim Zusammentreffen mit den flüssigen Ferrolegierungen eine stark endotherme Reaktion hervor. Außerdem kann Inertgas mit Sauerstoff gemischt werden. Bei dieser Fahrweise werden Ansätze von erstarrtem Metall an der Düsenspitze kontrolliert abgebrannt. Auf der Prozessgasseite der Ringspaltdüse wird Sauerstoff mit Inertgas wie CO2, Argon oder Stickstoff alternative gemischt. Die Verwendung der Gase CO2 oder CmH2m+2 auf der Prozess.- und Schutzgasseite hat zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf während der Entsilizierung und der Entkohlung reduziert wird.
- In der zweiten Stufe, der Tiefentkohlungsphase, wird der Prozess im Konvertergefäß unter Vakuum gefahren.
Ein Vakuumdeckel wird über die Konvertermündung gefahren und mit Hilfe der Seitendüsen unter Vakuum gefrischt.
Die Partialdruckabsenkung von CO erfolgt zu Einem über das Einblasen von Inertgas und parallel über eine Druckreduzierung im Gefäß. Auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen werden zusätzlich die Gase CO2 oder CmH2m+2
injiziert, die wiederum eine endotherme Reaktion hervorrufen und bei der Anwendung von CO2 die Boudouard Reaktion (Der Kohlenstoffgehalt der Schmelze liegt in dieser Phase noch deutlich über 1 %) nutzen. - Als Boudouard-Gleichgewicht bezeichnet man das temperaturabhängige chemische Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid.
- Auf der Prozess.- und Schutzgasseite der Ringspaltdüse kann Sauerstoff mit CO2 gemischt werden. Die Verwendung dieser Gase hat auch in dieser Prozessphase zur Folge, dass der Kühlmittelbedarf reduziert werden kann.
- Nach Erreichen des Zielkohlenstoffgehalts wird die Schlacke mit Hilfe von konventionellen Reduktionmittel und Schlackenbildner reduziert. Bei dem neuen Prozess wird hierbei auch CO2 verwendet. Das CO2 wird in der Schmelze mit dem Kohlenstoff (Boudouard Reaktion) zu CO reagieren. So erzeugtes CO unterstützt die Reduktion der Schlacke, was zu niedrigsten Chromoxid/ Manganoxid Gehalten in der Sclacke und damit zu höheren Ausbringungen der jeweils reduzierten Metalle führt.
- Als Spülgas kann auch Inert Gas in Form von Ar oder N2 verwendet werden. Die Reduktion der Schlacke kann sowohl unter Vakuum als auch unter atmosphärischen Bedingungen stattfinden.
- Der Vakuumkonverter ist mit einer Ventilstation ausgerüstet, die ein Mischen der zum Einsatz kommenden Prozess.- und Inertgase für die Toplanze und Unterbaddüsen erlaubt. Dabei werden insbesondere bei den Unterbaddüsen auf der Prozess.- und Schutzgasseite die Gase wie folgt gemischt
Unterbaddüsen Unterbaddüsen Lanze Mischungsverhältnis Schutzgas Prozessgas O2 X X N2 X X Ar X X CO2 X X X CmH2m+2 X O2+N2/Luft X X X 1:4-4:1 O2+Ar X 1:4-4:1 O2+CO2 X X 1:4-4:1 - Die Bedingungen für das Frischen unter Vakuum im AOD Konverter bei gleichzeitigen Einblasen von großen Inertgasmengen zur Absenkung des Partialdrucks von CO sind deutlich günstiger als in einer VOD/ VODC-Anlage, weil der Reaktionsraum, die spezifische Blasraten und die Durchmischungsenergie das Reaktionspotenzial für die Entkohlung im Konvertergefäß deutlich vergrößern. Aus diesem Grund ist die Entkohlungsgeschwindigkeit im Vakuum Konverter deutlich größer, als in einer VOD.- oder VODC Anlage.
- Der Feuerfest-Verbrauch einer konventionellen VOD/ VODC-Anlage ist Aufgrund längerer Behandlungszeiten deutlich größer als bei einem Vakuum Konverter.
- Die Vorteile, die sich aus der erfindungsgemäßen Kombination ergeben, lassen sich wie Folgt zusammenfassen:
- Herstellung von Ferrolegierungen mit niedrigem C Gehalt
- reduzierter Argon Verbrauch
- minimale Verdünnung mit Inertgas
- verbesserte Entkohlungsgeschwindigkeit
- weniger Kühlmaterial
- verbesserte Produktvielfalt
- hohe Produktionsflexibilität
- kürzere Zyklen
- höhere Produktionskapazität
- geringere Wärmeverluste
- verringerte Investitionskosten
- verringerte Verfahrenskosten
- reduzierter Verbrauch von Feuerfestmaterial, Reduktionsmittel
- reduzierter Anzahl an operativem Personal
- erhöhte Ausbringung
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung von Ferrolegierungen, insbesondere von FeCr und FeMn Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in einem Vakuum - Konverter,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Vakuum -Konverter in der erste Stufen die Entsilizierung und die Hauptentkohlung der Schmelze auf Basis des Konverter -Verfahrens unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt wird, wobei über eine Toplanze Sauerstoff und über Unterbaddüsen, insbesondere Ringspaltdüsen, Sauerstoff und CO2 in die Schmelze eingeblasen werden,
und
dass anschließend im selben Konverter in einer zweiten Stufe
die Tiefentkohlungsphase unter Vakuum durchgeführt wird, wobei
auf der Schutzgasseite der Unterbaddüsen zusätzlich CO2 oder CmH2m+2 injiziert werden, wobei in der ersten Stufe auf der Schutzgasseite der Ringspaltdüsen CO2, CmH2m+2, Ar oder N2 zusätzlich zum Inertgas injiziert werden und
auf der Prozessgasseite der Ringspaltdüse Sauerstoff mit Inertgas wie CO2, Argon oder Stickstoff injiziert wird.
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