FI61520C - Foerfarande foer att foerhindra oeverbubbling av smaeltan vid raffinering av smaelt jaernmetall med tillhjaelp av det basiska syrefoerfarandet - Google Patents

Description

I,1 ΓβΙ KUULUTUSjULKAISU ,λ ron

«TV W (11) UTLÄGONINOSSKRIFT O Ί O £ U

c ^ Ta ten Ui ? t M 1'7V,3 ^ v (51) Kv.lk.3/lnt.Cl.3 C 21 C 5/32

SUOMI —FINLAND (H) h^ttlhikMW-ΡΜΐΐΜΐΜβΜηι 7936iU

(22) HtktmUpihra — AmMuiIngadag 19-11-79 (23) Alkupilvt—GNtighMt4ag 19-11-79 (41) Tulkit |ulklMk(l — Mivtt offancH| Οδ.Οδ.θΟ

Htantti- ja r ek I star I hai litu· (44) Nihtlvlkilpaoo* ja kiMiLhillutaun pvm. — 30.0U. 82 ratant· och ragiataratyralaan Antökan uctagd od« uti.tkrMtwi puMkwad (32)(33)(31) Pyr4*ey «uolkMS-ft«finl priorkat 07-02-79 USA(US) 01031Ö (71) Union Carbide Corporation, 270 Park Avenue, New York, New York 10017,

National Steel Corporation, 2800 Grant Building, Pittsburgh, Perin. 15219,” USA (US) (72) Jennings Bryan Lewis III, Putnam Valley, New York, Peter Patrick Kelly,

Grosse lie, Michigan, USA(US) (7^) Oy Borenius & Co Ah (5*0 Menetelmä sulatteen ylipursuamisen estämiseksi sulaa rautametallia emäksisen happimenetelmän avulla puhdistettaessa - Förfarande for att förhindra överbubbling av smältan vid raffinering av smält järnmetall med tillhjälp av det basiska syreförfarandet

Keksinnön tarkoituksena on parantaa sitä rautasulatteen puhdistamis-menetelmää, jonka mukaan happea puhalletaan sulatteeseen tämän pinnan yläpuolelta. Tätä puhdistamismenetelmää sanotaan yleisesti "emäksiseksi happimenetelmäksi". Lähemmin määriteltynä keksinnön kohteena on menetelmä sulatteen ylipursuamisen estämiseksi tai vähentämiseksi käsittelyäsiiän eli konvertterin suuaukosta. Tällaista ylipursuamista pyrkii esiintymään emäksistä happimenetelmää ennestään tunnetulla tavalla sovellettaessa.

Happea käytetään hiilen poistamiseksi sulatteesta saattamalla sulatteen sisältämä hiili reagoimaan hapen kanssa siten, että muodostuu hiili-oksia CO, joka poistuu konvertterista kaasuna. Puhdistamaton rauta-sulate sisältää tyypillisesti myös piitä ja muita hapettuvia alkuaineita, kuten mangaania ja fosforia. Näiden alkuaineiden oksidit ovat nestemäisiä tai kiinteitä yhdisteitä, joista muodostuu erillinen kuonafaasi. Konvertteriin lisätään kalkkia ja muita aineita, esim. dolomiittikalkkia, emäksisen kuonan muodostamiseksi.

Tämän alan tekniikasta on ennestään tunnettua, että puhdistuminen tapahtuu tehokkaimmin siinä tapauksessa, että sulatteen yläpuolelle muodostuu happipuhalluksen aikana "emulsio". Tämä emulsio on vaihtomaista ainetta, joka kompleksisena seoksena sisältää nestemäisiä 2 61520 oksideja, kaasukuplia (pääasiallisesti C0:a), kiinteitä oksidihiukka-sia ja nestemäisiä metallipisaroita. Emulsion tilavuus on ihanne-tapauksessa useita kertoja suurempi kuin sulatteen tilavuus, kuten kuviossa 1 on näytetty.

Emäksisen happimenetelmän eräs ongelma on, että emulsion tilavuuden säätö on vaikeaa. Usein emulsio tulee niin tilavaksi, että se paisuu liikaa, toisin sanoen täyttää kokonaan konvertterin yläpuolisen tilan ja pursuaa konvertterin suuaukosta, mikä aiheuttaa arvokkaan metallin ja tuotantoajan menetyksiä ja pakottaa aikaa kuluttaviin puhdistustoimenpiteisiin.

Aikaisemmista keinoista tämän ylipursuamisen säätämiseksi mainittakoon seuraavat toimenpiteet tai niiden eri yhdistelmät: 1) vähennetään happivirtaa, ks. esim. julkaisua Stravinskas ja kumpp. ’’Influence of Operating Variables on BOF Yield", I & SM, May 1 978 , sivut 3 3 . . . 37 ; 2) suurennetaan happivirtaa, ks. esim. julkaisua Zarvin ja kumpp., "Some Features of Injection in the Melting of Steel in 350-Ton Basic Oxygen Furances", Steel in the USSR, December 1976, Vol. 6, sivut 659...662; 3) lasketaan puhallusputkea, ks. esim. julkaisua Shakirov ja kumpp., "The Mechanism of the Foaming of Basic Oxygen Furnace Slag",

Steel in the USSR, June 1976, Vol. 6; *4) nostetaan puhallusputkea, ks. esim. julkaisua Chernyatevich ja kumpp., "Mechanism of the Formation of Ejections and Spatter from Basic Oxygen Furnaces", Steel in the USSR, October 1976,

Vol. 6, sivut 544...547; 5) muutetaan puhallusputken suuttimen rakennetta, ks. esim. julkaisua Baptizmanskii ja kumpp. "Causes of Ejections and of Lancing Conditions in Basic Oxygen Furnace", Stal, April 1967, sivut 309 .. .31 2; ja 6) muutetaan lisättyjen juoksutteiden määrää, komponentteja ja lisäysajankohtia, ks. esim. julkaisua Chernyatevich ja kumpp.

Valitettavasti mikään näistä menetelmistä ei ole luotettava, eräät niistä ovat monimutkaisia ja eräät edellyttävät tuotannon hidastamista.

Keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada entistä yksinkertaisempi ja luotettavampi menetelmä ylipursuamisen estämiseksi 3 61520 rautametallia emäksisen happimenetelmän avulla puhdistettaessa.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada menetelmä ylipursuamisen estämiseksi sulaa rautametallia emäksisen happimenetelmän avulla puhdistettaessa siten, että ei aiheuteta tuotannon hidastumista.

Nämä ja muut tavoitteet toteutetaan keksinnön ansiosta, jonka mukaan saadaan menetelmä konvertterissa olevan sulan rautametallin puhdistamiseksi puhaltamalla happea sulatteeseen tämän pinnan yläpuolelta siten, että tämän pinnan yläpuolelle muodostuu emulsio, ja keksinnön mukainen menetelmä tunnetaan siitä, että estetään emulsion ylipursuaminen konvertterista 'a) puhaltamalla inerttiä kaasua konvertteriin, kun ylipursuamisvaara on lähellä tai pursuaminen on alkanut, riittävässä määrin ylipursuamisen pysäyttämiseksi, ja jatketaan hapen puhaltamista, ja b) lopettamalla inertin kaasun puhaltaminen konvertteriin, kun ylipursuaminen on päättynyt tai ylipursuamisvaaraa ei enää ole olemas-v sa.

Puhallettu määrä inerttiä kaasua on .noin 5...30% puhalletun hapen määrästä. Inerttiä kaasua puhalletaan sopivasti hapen puhallusputken kautta happeen sekoitettuna.

Tässä käytetyllä sanonnalla "inertti kaasu" tarkoitetaan muuta kaasua tai kaasuseosta kuin happea. Inerttinä kaasuna käytetään sopivasti argonia.

Tässä käytetyllä sanonnalla "ylipursuaminen" tarkoitetaan emulsion ylivuotamista puhdistuskonvertterin suuaukosta.

Sanonnalla "ylipursuamisen estäminen" tarkoitetaan jatkuvan ylipursuamisen estäminen saattamalla tällainen ylipursuaminen päättymään nopeasti tai ylipursuamisen välttäminen kokonaan.

Kuvio 1 havainnollistaa emäksisen happimenetelmän soveltamiseen käytettyä puhdistuskonvertteria happipuhalluksen aikana, kun konvertterissa on sopivankokoinen emulsiomäärä.

Kuvio 2 esittää tällaista konvertteria tapauksessa, jossa puhdistamisen yhteydessä esiintyy ylipursuamista. ^ '' 61520

Kuvion 1 mukaan tapahtuu puhdistaminen emäksistä happimenetelmää soveltaen tavanomaisessa tulenkestävällä vuorauksella varustetussa konvertterissa 1. Tässä konvertterissa on lähellä sen yläpäätä sijaitseva laskuaukko 2, ja sen yläpäässä oleva suuaukko 3. Kaasuja suihkutetaan sulatteeseen puhallusputkesta 4. Hapen syöttöjohtoon 13 yhdistetty puhallusputki voidaan nostaa konvertterista siten, että tämä voidaan kallistaa sen sisältöjen poistamiseksi.

Kuvion 1 näyttämä laite toimii seuraavasti siinä tapauksessa, että ylipursuamista ei esiinny. Ensin konvertteriin täytetään sulaa harkko-rautaa, romua, kalkkia ja muita tämän alan tekniikassa tunnettuja aineita. Tämän jälkeen sulatteeseen 5 sen pinnan yläpuolelta puhalletaan happea puhallusputkesta 4 siten, että sulatteen pintaan muodostuu painauma 16. Sulatteen hapettuvat alkuaineet reagoivat hapen kanssa. Sulatteessa oleva hiili reagoi hapen kanssa CO-kaasukupliksi, jotka nousevat sulatteen pinnalle ja poistuvat konvertterin suuaukosta.

Sen jälkeen, kun suunnilleen 1/3 puhallusajasta on kulunut, muodostuu emulsio 6, joka kompleksisena seoksena sisältää nestemäisiä oksideja, kaasukuplia, kiinteitä oksidihiukkasia ja nestemäisiä metallipisaroita. Emulsiossa olevien metallipisaroiden ominaispinta on sangen suuri, mikä edistää hapen ja sulatteessa olevien epäpuhtauksien välistä haluttua reaktiota. Happipuhalluksen loppuvaiheissa emulsio yleensä painuu kokoon. Puhdistusta hapen avulla jatketaan, kunnes sulatteella on haluttu koostumus, minkä jälkeen happipuhallus keskeytetään, puhallus-putki 4 nostetaan suuaukon 3 yläpuolelle ja puhdistettu sulate kaadetaan konvertterista laskuaukon 2 läpi.

Konvertterin kokonaistilavuus on monta kertaa suurempi kuin sulatteen tilavuus. Konvertterissa sulatteen yläpuolella olevan ylimääräisen tilan eräs tärkeä tehtävä on emulsion sisältäminen. Emulsion tilavuuden säätäminen on kuitenkin vaikeaa, joten emulsion tilavuus joskus ylittää konvertterin vapaan tilan tilavuuden, mikä johtaa kuvion 2 näyttämään ylipursuamiseen, jolloin siis emulsion taso on noussut suuaukon 3 yläpuolelle. Emulsioaaltoja 7 virtaa suuaukosta 3 ja edelleen alaspäin pitkin konvertterin 1 ulkoseinämää, mikä vähentää tuotantoa, aiheuttaa vaaroja ja vaatii puhdistamista. Ylipursuamisen aikana emulsiota 8 voi virrata konvertterista myös laskuaukon 2 kautta.

Hiilenpiston nopeus ja näin ollen CO:n kehittyminen ajan funktiona seuraa yleisesti kupumaista käyrää hapenpuhalluksen aikana, l^oeica·.< 5 61520 puhallusjakson alkuvaiheessa suurin osa hapesta reagoi metallisten epäpuhtauksien, kuten piin kanssa, eikä hiilen kanssa. Tällöin muodostuneet nestemäiset ja kiinteät oksidit siirtyvät kuonafaasiin. Sen jälkeen, kun metalliset epäpuhtaudet ovat pääasiallisesti hapettuneet, on enemmän happea käytettävissä sulatteessa olevan hiilen kanssa tapahtuvaa reaktiota varten, mikä suurentaa CO:n kehittymistä. C0-kuplat yhtyvät kuonaan emulsion muodostamiseksi. Puhalluksen loppuvaiheessa, jolloin sulatteen hiilipitoisuus pienenee, pienenvät myös hiilenpoiston nopeus ja CO:n kehittyminen, ja emulsio painuu kokoon. Ylipursuamista tapahtuu todennäköisemmin CO:n suurimman kehittymisen vaiheessa.

Keksinnön soveltamiseksi on inerttiä kaasua puhallettava konvertteriin oikeana ajankohtana ja oikein määrin. Tämä tehdään sopivasti liittämällä inertin kaasun syöttöjohto 15 hapen syöttöjohtoon 13 siten, että inerttiä kaasua puhalletaan hapen puhallusputken läpi seoksena hapen kanssa. Vaihtoehtoisesti voidaan todennäköisesti käyttää erillisiä puhallusputkia hapen ja inertin kaasun puhaltamiseksi tai käyttää inertin kaasun ja hapen erillisiä kanavia samassa puhallusputkessa. Keksinnön mukaan käytettäväksi soveltuva edullinen inertin kaasun puhallusputkisto on sama kuin on selitetty US-patenttihakemuksessa no 880.562, päivätty 28.2.1978 (Thokar ja kumpp.), joka nyt on hyväksytty US-patenttina no

Thokar ja kumpp. selittävät menetelmän niukkatyyppisen ja niukkahappisen teräksen valmistamiseksi siten, että puhalletaan inerttiä kaasua sulatteeseen hiilenpoiston loppuvaiheissa, ja lähemmin selitettynä syötetään argonia hiilenpoistokonvertteriin ajakohdasta alkaen, ennen kuin typpipitoisuus on saavuttanut minimitasonsa, ja jatketaan argonin puhallusta hapen puhalluksen loppuun asti. Thokar ja kumpp. eivät todennäköisesti joudu kokemaan ylipursuamista puhallusvaiheen aikana argonia puhallettaessa, mutta sen sijaan voivat ne yhä joutua kokemaan ylipursuamista aikaisemmissa puhallusvaiheissa, jolloin ei argonia (tai muuta typetöntä väliainetta) puhalleta, ja C0:a kehittyy runsaasti. CO:n suuren kehittymisen vaiheissa, jolloin Thokar ja kumpp. eivät puhalla argonia, tulee ylipursuamista todennäköisemmin tapahtumaan.

Keksintöä sovellettaessa on edullisin ja tehokkain tutkittu inertti kaasu argon, koska se on suhteellisen halpaa, sitä on yleisesti

< V S

61520 6 saatavissa, siinä ei ole mitään haitallisia saasteita, ja sen lämpö-kapasiteetti on pieni. Teknisesti hyväksyttävinä korvikkeina voidaan kuitenkin käyttää muita kaasuja, joista esimerkkeinä mainittakoon typpi, neon, ksenon, radon, krypton, hiilimonoksidi, hiilidioksidi, vesihöyry, ammoniakki tai näiden seos. Tämän alan ammattimiehelle on selvää, että käytettäessä typpeä inerttinä kaasuna keksintöä sovellettaessa voidaan typen asemesta käyttää ilmaa, koska ilma sisältää noin 79% N2, 1,0% argonia ja 20% happea. Koska hapen puhaltamista jatketaan inertin kaasun lisäyksen aikana, ei ilman mukana tullut hapen pieni ylimäärä vaikuta haitallisesti puhdistuskäsittelyyn.

Inerttiä kaasua on lisättävä riittävin määrin emulsion tason alentamiseksi. Tarvittava virtausmäärä voi vaihdella, riippuen erilaisista emäksisistä hapen puhallukseen perustuvista puhallusjärjestelmistä. Inerttiä kaasua syötetään sopivasti noin 5...30% syötetystä happi-määrästä.

Keksintöä sovellettaessa on inertin kaasun lisämisajankohta eräs kriittinen tekijä. Heti ylipursuamisen esiintyessä olisi inerttiä ! kaasua välittömästi puhallettava konvertteriin samalla kun hapen puhaltaminen jatkuu, ja inertin kaasun puhaltamista on jatkettava, kunnes ylipursuaminen on päättynyt tai luullaan ylipursuamisvaaran tultua ohitetuksi. Inertin kaasun puhaltaminen on myös lopetettava oikeana ajankohtana, koska kaasun tarpeeton syöttäminen johtaa inertin kaasun tuhlaukseen ja alentaa emulsion korkeutta, mikä tarpeettomasti pienentää hapen avulla suoritetun puhdistusreaktion tehokkuutta.

Keksintöä voidaan sopivasti käyttää ylipursuamisen estämiseksi sen sijaan, että pelkästään keskeytetään ylipursuaminen tämän jo tapahduttua. Tämä voidaan aikaansaada puhaltamalla argonia konvertteriin vaiheessa, jossa luullaan ylipursuamisvaaran olevan lähellä, mikä voidaan havaita poistamalla pieniä emulsiomääriä konvertterin lasku-aukosta. Heti, kun emulsiota tunkeutuu laskuaukosta on inerttiä kaasua puhallettava keksinnön mukaan. Inertin kaasun puhallus voidaan keskeyttää kun emulsion valuminen laskuaukosta päättyy.

Esimerkit

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksinnön soveltamista. Kaikki panokset tehtiin emäksisessä happipuhdistusjärjestelmässä, g^pnkä'" ominaisuudet olivat seuraavat: 7 3 61520 konvertterin tilavuus 141,6 m . 2 suuaukon pinta-ala 8,8 m panoksen laskupaino 235 tonnia käytetty inertti kaasu argon

Esimerkeissä 1...3 selitetyt kolmet panokset edustavat 10 koepanosta, joiden aikana yritettiin keskeyttää ylipursuaminen ennestään tunnetulla tavalla pelkästään vähentämällä puhallettua happimäärää, toisin sanoen keksintöä soveltamatta.

Esimerkki 1

Ylipursuamista alkoi ensin esiintyä 9 minuuttia kestäneen puhalluksen 3 jälkeen, jolloin puhallettiin 515,4 m happea minuutissa (standardi- 3 tilavuus). Puhallettu happimäärä pienennettiin arvoon 458,7 m /min sen jälkeen, kun sulatetta oli puhallettu 9 min. ja 10 sek. Ylipursuaminen hidastui ajankohtana 10 min 30 sek., toisin sanoen 1 1/2 minuuttia sen jälkeen, kun se oli käynnistynyt, mutta paheni tämän jälkeen. Ylipursuaminen päättyi lopullisesti ajankohtana 12 min 30 sek puhalluksen alusta laskettuna, toisin sanoen 3 1/2 minuuttia sen jälkeen kun se oli alkanut. Uudelleen alkavan ylipursuamisen estämiseksi pidettiin puhallettua happimäärää pienenä puhalluskäsittelyn loppuun asti, mikä lisäsi tämän panoksen valmistusaikaa.

Esimerkki 2

Lievä ylipursuaminen alkoi 7 min 30 sek puhalluksen alkamisesta 3 laskettuna, jolloin hapen puhallettu happimäärä oli 526,8 m /min, minkä jälkeen puhallettu happimäärä pienennettiin arvoon 424,8 m /min. Ylipursuaminen jatkui kuitenkin ja oli pahimmillaan ajankohtana 9 min 15 sek ja päättyi lopullisesti ajankohtana 11 min 25 sek. Tämän jälkeen phallettu happimäärä vähitellen palautettiin arvoon 532,4 m / min ajankohtana 13 min 20 sek.

Esimerkki 3

Vakava ylipursuaminen alkoi äkkiä sen jälkeen, kun happea oli puhallet- 3 tu 515,4 m /min ajankohtana 13 min 10 sek. Puhallettu happimäärä 3 vähennettiin arvoon 439,0 m /min ajankohtana 14 min 30 sek puhallusajan alusta laskien. Ylipursuaminen keskeytyi 1...1 1/2 minuutin kuluttua sen jälkeen, kun puhallettu happimäärä pienennettiin. HappeS puhallettiin pienennetyin määrin kaikkiaan 2 1/2 minuuttia.

8 61520

Niistä kymmenestä panoksesta, joiden käsittelyn aikana yritettiin keskeyttää ylipursuaminen pienentämällä puhallettua happimäärää, keskeytyi ylipursuaminen 1 1/2 minuutin kuluessa ainoastaan kahden panoksen yhteydessä. Kaikissa muissa kahdeksassa panoksessa ylipursuamista jatkui kauemmin kuin 1 1/2 minuuttia, ja ylipursuaminen alensi valmistusnopeutta kaikissa panoksissa.

Seuraavat esimerkit 4...6 havainnollistavat keksinnön soveltamista ylipursuamisen säätämiseksi.

Esimerkki 4

Ylipursuaminen alkoi ajankohtana 15 min 25 sek hapen puhallusjakson alusta laskien. Tässä vaiheessa argonia puhallettiin konvertteriin o happipuhallusputken kautta 93,45 m /min j.a hapen puhallusta jatkettiin 3 ennallaan eli 515,4 m /min. Ylipursuaminen päättyi 20 sek lyhyemmässä ajassa, jolloin argonin puhallus keskeytettiin.

Esimerkki 5

Vakavaa pursuamista havaittiin noin ajankohtana 13 min hapen puhaltami- 3 sen alusta laskien. Nyt konvertteriin puhallettiin argonia 11,33 m / min. Ylipursuaminen päättyi 5 sekunnissa. Argonin puhaltaminen keskeytettiin minuutin kuluttua.

Esimerkki 6

Ylipursuamista havaittiin ajankohtana 13 minuuttia hapen puhaltamisen alkamisajankohdasta laskien, jolloin argonia puhallettiin 90,62 m / min. Ylipursuaminen päättyi melkein välittömästi. Argonin puhaltamista jatkettiin minuutin, minkä jälkeen puhaltaminen keskeytettiin. Ylipursuaminen alkoi uudelleen, mutta keskeytettiin jälleen puhaltamalla argonia kuten edelläkin. Koska ylipursuamisvaara näytti ilmeiseltä, jatkettiin tätä toista argonin puhaltamista 3 minuuttia.

Nähdään, että keksintöä soveltamalla saadaan ylipursuaminen päättymään muutamien sekuntien kuluessa, kun taas aikaisemmin tunnettua menetelmää soveltaen, siis hapen puhallusmäärää pienentäen, sama tulos vaati useita minuutteja. Ajan lyhentäminen on merkityksellinen saavu- · tus ylipursuamisen pysähtymisnopeuden mukaan arvosteltuna, minkä lisäksi tämä tulos saavutetaan tuotantoaikaa menettämättä. .Edelleen

Claims (6)

9 61520 menetettiin keksinnön ansiosta paljon vähemmän metallia ja tultiin toimeen paljon pienemmällä puhdistustyöllä, koska ylipursuaminen saatiin keskeytetyksi entistä nopeammin.

1. Menetelmä sulatteen ylipursuamisen estämiseksi sulaa rautametallia emäksisen happimenetelmän avulla puhdistettaessa, tunnettu siitä, että puhalletaan inerttiä kaasua konvertteriin, kun ylipursuamis-vaara on lähellä tai pursuaminen on alkanut, riittävässä määrin ylipursuamisen pysäyttämiseksi, ja jatketaan hapen puhaltamista, ja lopetetaan inertin kaasun puhaltaminen konvertteriin, kun ylipursuaminen on päättynyt tai ylipursuamisvaaraa ei enää ole olemassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inerttinä kaasuna on argon.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inertti kaasu puhalletaan konvertteriin happeen sekoitettuna hapen puhallusputken läpi.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inerttiä kaasua puhalletaan konvertteriin määrin, joka on 5...30 tilavuus-% puhalletun hapen määrästä.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapen virtaus pidetään pääasiallisesti vakiona koko puhdis-tuskäsittelyn aikana.

6. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inertin kaasun puhallus aloitetaan välittömästi sen jälkeen, kun ylipursuaminen on alkanut. , ·· r$\