FI66197B - Foerfarande foer att reglera temperaturen hos en staolsmaelta vid pneumatisk raffinering - Google Patents

Description

It.lWiI γ·1 KUULUTUSJULKAISU £L £ Λ Q Ί VBV M ("»uTtÄGONiiossKmrT 66ly/ c (45) Pat on loi ny.rmo Uy 10 C9 1921 ^ ^ (51) KvJlu/ktcCL3 C 21 C 5/3^ SUOMI—FINLAND (*> νμμμ-792573 (W) HtlaaMM—A—fl>mlw<i« 20.08.79 (F*) (23) ANvpttvf—GMglMtadag 20.08.79 (♦1) 25.02.80

Htmtti* ja rakbtarUmlUtm μλη*ιιλφ«ο·|ιΙ*Μ««λ·γ»- N«t.qdi nflmntyrihMi ' ' Aiwafci *%dod>«ΓΧΧ»fJbtond 31.05.84 (32)(33)(31) M»o»um Sf*t4 ffMw 24.08.78 USA(US) 936397 (71) Un ion Carbide Corporation, 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017» USA(US) (72) Richard Jay Choulet, Phoenix, Arizona, Stewart Keeney Mehlman,

Tarrytown, New York, USA(US) (74) Oy Borenius S C:o Ab (54) Menetelmä terässulatteen lämpötilan säätämiseksi pneumaattisen raffinoinnin aikana - Förfarande för att reglera temperaturen hos en stilsmälta vid pneumatisk raffinering

Keksinnön kohteena on yleisesti teräksen raffinointi ja erikoisesti hiiliterästen ja niukkaseosteisten terästen pinnanalainen pneumaattinen raffinointi, jolloin sulatteen lämpötilaa säädetään raffinoinnin aikana siten, että raffinointijakson päättyessä saavutetaan haluttu laskulämpötila.

Tämän alan tekniikassa tunnetaan lukuisia pinnanalaisia pneumaattisia teräksen raffinointimenetelmiä, joista esimerkkeinä mainittakoon AOD-, CLU-, OBM-, Q-BOP- ja LWS-menetelmät. Näitä menetelmiä on selitetty esim. seuraavissa US-patenteissa: nro 3 252 790; 3 867 135; 3 706 549; 3 930 843 ja 3 844 768.

Tässä selityksessä ja tähän liittyvissä patenttivaatimuksissa käytetyllä sanonnalla "pinnan alainen pneumaattinen raffinointi" tarkoitetaan menetelmää, jossa hiiltä poistetaan sulatteesta puhaltamalla pinnan alaisesti happikaasua yksistään tai yhdessä yhden tai useamman muun kaasun kanssa, jotka valitaan argonin, typen, ammoniakin, vesihöyryn, hiilimonoksidin, hiilidioksidin, vedyn, metaanin tai korkeampien hiilivetykaasujen joukosta. Kaasut 2 66197 voidaan puhaltaa sulatteeseen soveltamalla erilaisia puhallusoh-jelmia, riippuen valmistettavasta teräslaadusta ja niistä kaasuista, joita kulloinkin käytetään yhdessä hapen kanssa. Hiilenpoiston lisäksi voidaan pinnan alaisella pneumaattisella raffinoinnilla myös poistaa rikkiä, fosforia ja kaasuja sulatteesta. Raffinointi-jakso voi lisäksi päättyä määrättyihin viimeistelyvaiheisiin, jolloin esim. lisätään kalkkia ja seosteita hapettuneiden seoste-aineiden pelkistämiseksi ja emäksisen kuonan muodostamiseksi, ja voidaan myös lisätä seosteaineita sulatteen koostumuksen säätämiseksi siten, että se vastaa määrättyjä vaatimuksia.

Sulate kuumenee niiden eksotermisten hapettumisreaktioiden seurauksena, joita tapahtuu raffinointijakson hiilenpoistovaiheessa, mutta sulate jäähtyy melko nopeasti viimeistelyvaiheen aikana, koska kalkin ja seosteaineiden lisäykset ovat endotermisiä eikä tapahdu eksotermisiä reaktioita.

DE-patenttijulkaisussa 2 243839 on esitetty menetelmä, jossa sulatteen lämpötilaa voidaan säätää prosessin aikana lisäämällä sulatteeseen kuumennusaineita, kuten piipitoisia seosteita ja/tai alumiinia, tai jäähdyttäviä aineita, kuten romua.

Pinnan alaisen pneumaattisen raffinoinnin tuloksena, jota tämän alan tekniikassa yleensä sanotaan "puhaltamiseksi", saavutetaan yksi tai useampia seuraavista tuloksista: hiilenpoisto, hapenpois-to, rikinpoisto ja kaasunpoisto panoksesta. Näiden tulosten saavuttamiseksi on puhallettava riittävän paljon happea hiilen polttamiseksi haluttuun pitoisuuteen (hiilenpoisto), riittävän kupliini skaasumäärän saavuttamiseksi siten, että pelkistävät lisäaineet perusteellisesti sekoittuvat sulatteeseen ja saavutetaan hyvä kuonan ja metallin välinen vaikutus (hapenpoisto), saadaan emäksinen kuona (rikinpoistoa varten), ja saadaan riittävä määrä puhdis-tuskaasua siten, että sulatteen vety- ja typpipitoisuudet saadaan riittävän pieniksi (kaasunpoisto).

Pneumaattisessa raffinoinnissa esiintyy kaksi vastakkaista lämpö-tilaehtoa. Toisen ehdon mukaan on riittävän korkea lämpötila aikaansaatava eksotermisten reaktioiden avulla siten, että endoter-miset vaiheet voidaan suorittaa ja sulatteen lämpötila silti py- 3 66197 syttää riittävän korkeana panoksen kaatamiseksi. Vastakkaisena ehtona on, että raffinointiastiassa eli konvertterissä saavutettu huippulämpötila on pidettävä sellaista lämpötila-arvoa alempana, joka liiallisesti turmelisi konvertterin tulenkestävää vuorausta.

Kaikkien edellä mainittujen pinnanalaisten pneumaattisten raffi-nointimenetelmien yhteisenä vaikeutena on saada sulate täydellisesti raffinoiduksi ja samalla lämpötila pidetyksi riittävän korkeana siten, että panos voidaan kaataa raffinointijakson lopussa. Tämän ongelman voittamiseksi menetellään tämän alan tekniikassa yleensä siten, että panokseen uudelleen puhalletaan happea ja täten kehitetään lämpöä sulatteessa olevan hiilen ja metallikompo-nenttien eksotermisen hapettumisen seurauksena.

Vaikka keksintöä voidaan soveltaa kaikkiin edellä mainittuihin pinnanalaisiin pneumaattisiin teräksen raffinointimenetelmiin, tullaan keksintö mukavuussyistä seuraavassa selittämään ja havainnollistamaan argon-happi-hiilenpoistomenetelmän (AOD) perusteella.

Krivsky on US-patentissa nro 3 752 790 selittänyt alkuperäisen AOD-raffinointimenetelmän. Nelson ja kumpp. ovat US-patentissa nro 3 046 107 esittäneet Krivskyn menetelmän parannusta, joka koskee kaasujen ohjelmoitua puhaltamista. Saccomano ja kumpp. ovat US-pa-tentissa nro 3 754 894 selittäneet typen käyttöä yhdessä argonin ja hapen kanssa ennalta määrättyjen typpipitoisuuksien saavuttamiseksi. Johnsson ja kumpp. ovat US-patentissa nro 3 867 135 selittäneet AOD-menetelmän erään muunnoksen, jossa vesihöyryä tai ammoniakkia käytetään yhdessä hapen kanssa sulan metallin raffinoimi-seksi.

Käytettäessä tässä hakemuksessa sanontaa "argon-happi-hiilenpois-to- eli AOD-menetelmä" tarkoitetaan menetelmää raffinointiastiassa olevien sulien metallien ja seosteiden raffinoimiseksi, jolloin raffinointiastiassa on vähintään yksi pinnan alainen putki. Tämän menetelmän mukaan a) puhalletaan sulatteeseen yhden tai useamman putken kautta happipitoista kaasua, joka sisältää jopa 90 % lai-mennuskaasua, jonka tehtävänä on alentaa sulatteen hiilenpoiston aikana muodostuneissa kaasukuplissa olevan hiilimonoksidin osapai-netta ja/tai muuttaa hapen syöttönopeutta sulatteeseen ilman, että 4 66197 sanottavasti muutetaan koko puhallettua kaasumäärää, minkä jälkeen b) puhdistuskaasua puhalletaan sulatteeseen mainitun yhden tai useamman putken kautta. Tämän puhdistuskaasun tehtävänä on poistaa epäpuhtauksia sulatteesta poistamalla kaasua, pelkistämällä, haihduttamalla tai vaahdottamalla näitä epäpuhtauksia, jotka tämän jälkeen sulkeutuvat kuonaan tai reagoivat tämän kanssa. Valinnaisesti voidaan tämän menetelmän mukaan happipitoinen kaasuvirta ympäröidä rengasmaisella suojaavalla väliainevirralla, jonka tehtävänä on suojata putkistoa ympäröivää tulenkestävää vuorausta liialliselta kulumiselta. Laimennuskaasuina voidaan käyttää argonia, heliumia, vetyä, typpeä, hiilimonoksidia, hiilidioksidia, vesihöyryä tai hi ilivetykaasua, jolloin edullisesti käytetään argonia. Puhdistuskaasuina voidaan käyttää argonia, heliumia, typpeä tai vesihöyryä, jolloin erikoisen edullisesti käytetään argonia. Suojaavina väliaineina voidaan käyttää argonia, heliumia, vetyä, typpeä, hiilimonoksidia, hiilidioksidia, vesihöyryä tai hiilivetyväliainetta, ja tässäkin tapauksessa käytetään edullisesti argonia.

Raffinointijakson aikana sulatteen lämpötilaan vaikuttavat tekijät, jotka aiheuttavat lämmön menetyksiä ja lämmön voittoja. Raf-finointikonvertterissa lämpöä tarvitaan: 1) sulatteen lämpötilan nostamiseksi panoslämpötilasta kaatolämpö-tilaan, 2) kalkin samoin kuin mahdollisesti seosteiden, romun tai muiden raffinoinnin aikana lisättyjen aineiden liuottamiseksi, 3) sen lämmön korvikkeeksi, jonka sulate menettää ympäristöön koko raffinointijakson aikana (toisin sanoen inertin kaasun avulla tapahtuvan sekoittamisen, puhaltamisen, pelkistämisen ja viimeistelyvaiheiden aikana).

Lämpöä kehittyy raffinointijakson aikana ainoastaan raffinoinnin yhteydessä tapahtuvien eksotermisten reaktioiden seurauksena. Näistä reaktioista mainittakoon hiilen hapettuminen (hiilenpois-to) , ja piin ja muiden sulatteessa olevien metallikomponenttien, esim. raudan, kromin, mangaanin jne. hapettuminen.

Teräspanosta suhteellisen suuressa konvertterissa raffinoitaessa on me tali i tonnia kohden menetetty lämpömäärä suhteellisen pieni.

5 661 97 Tämän ansiosta hiilen, metallien ja piin eksotermisistä hapettumisista saatu lämpö pyrkii tasapainottamaan lämmön menetyksiä. Kun sen sijaan terästä raffinoidaan pienessä konvertterissa, voi lämmön menetykset metallitonnia kohden olla niin suuret, että hapettumisen kehittämä lämpö ei korvaa lämmön menetystä. Tällöin saadaan raffinoituja panoksia, joiden lämpötila on haluttua kaatoläm-pötilaa alempi. Tämä ongelma on aikaisemman tekniikan mukaan y-leensä voitettu puhaltamalla panokseen uudelleen happipitoista kaasua siten, että kehittyy enemmän lämpöä ja sulatteen lämpötila näin ollen nousee haluttuun kaatolämpötilaan. Tällainen uudelleen-puhaltaminen on kuitenkin haitaksi, koska se kuluttaa enemmän aikaa, pakottaa käyttämään enemmän happea ja aiheuttaa sulatteessa olevien metallien haitallista hapettumista, heikentää koko raffi-nointikäsittelvn tehokkuutta ja vaikuttaa haitallisesti metallin laatuun.

Ensi näkemältä näyttäisi mahdolliselta ratkaista alhaisen kaato-lämpötilan ongelma suurentamalla edellä mainittuja lämpöä kehittäviä tekijöitä ja/tai pienentämällä lämmön menetyksiä aiheuttavia tekijöitä, lämpötasapainon parantamiseksi kokonaisuudessaan. Tämän ongelman lähempi tutkimus osoittaa kuitenkin, että tällainen menettely ei ole käyttökelpoinen pienien konvertterien yhteydessä.

Jos hiiltä lisättäisiin hapettumiselle alttiin materiaalimäärän suurentamiseksi, tulisivat myös lämmön menetykset suurenemaan hapen puhallusmäärien ollessa vakiona. Nettotulos, joka saavutetaan hapettamalla lisähiiltä, on joko nollan suuruinen tai negatiivinen. Metallien hapettumisen lisääminen on myös haitaksi, koska ei haluta menettää panoksen metalleja. Hiiliterästen ja niukkaseosteisten terästen riittävän suuri metallien hapettaminen antaisi tulokseksi kuonan suuria metallioksidipitoisuuksia, mikä lyhentää tulenkestävän vuorauksen kestoikää.

Jos piitä lisättäisiin hapettumiselle alttiin materiaalimäärän suurentamiseksi, saavutettaisiin raffinointikäsittelvn aikana suurentunut lämpömäärä. Mitä enemmän piitä lisätään sulatteeseen sitä enemmän kalkkia on myös lisättävä siihen kuonassa olevan piidioksidin neutraloimiseksi. Ylimääräisen kalkin lisääminen tapahtuu endotermisesti. Nettotulos on tästä syystä pieni, eikä 6 66197 tämä ole käytännöllinen keino korottaa sulatteen lämpötilaa.

On ennestään tunnettua, että sulatteeseen lisätty alumiini kehittää hapettuessaan lämpöä. Lisäksi on alumiinilla useita etuja piihin verrattuna lämmön kehittämiseksi sulatteessa. Alumiini vaatii vähemmän happea kuin pii vapautunutta lämpöyksikköä kohden, ja se vaatii myös vähemmän kalkkia kuin pii emäksisen rikkiä poistavan kuonan muodostamiseksi. Jos näin ollen alumiinia käytettäisiin piin asemesta sulatteessa, voitaisiin saavuttaa suurempi nettolämmön lisäys. Alumiinin käyttäminen lämmön kehittämiseksi aiheuttaa kuitenkin tulenkestävää vuorausta koskevia ongelmia, koska happirikasta kaasuseosta terässulatteeseen puhallettaessa (joka sulate normaalisti sisältää hiiltä, mangaania, piitä, kromia, nikkeliä ja molybdeenia), tulee happi aina ensin reagoimaan alumiinin kanssa. Lisättäessä näin ollen niin paljon alumiinia, että saadaan kehittymään riittävän paljon lämpöä seuraavaa raffi-nointivaihetta varten, tulee pääasiallisesti koko alumiinimäärä hapettumaan ennen kuin mitään hiiltä, piitä tai muita metalleja hapettuu, minkä seurauksena puolestaan lämpötila nousee arvoihin, jotka liiallisesti turmelevat tulenkestävää vuorausta. AOD-kon-verttereissä normaalisti käytettyjen tulenkestävien materiaalien yhteydessä on korkein sallittu huippulämpötila noin 1725 °C.

Keksinnön tarkoituksena on näin ollen aikaansaada menetelmä sulatteen lämpötilan säätämiseksi hiiliterästä tai niukkaseosteista terästä raffinoitaessa pneumaattisesti pinnan alaisesti siten, että haluttu kaatolämpötila voidaan saavuttaa ilman uudelleen puhaltamista ja ilman liian korkeita lämpötiloja, jotka aiheuttavat tulenkestävän vuorauksen liiallista turmeltumista.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada menetelmä sulatteen lämpötilan säätämiseksi hiiliteräksen tai niukkaseosteisen teräksen AOD-raffinoinnin aikana, jonka menetelmän ansiosta haluttu kaatolämpötila voidaan saavuttaa ilman uudellenpuhaltamista ja ilman liian korkeita lämpötiloja, jotka aiheuttavat tulenkestävän vuorauksen liiallista turmeltumista.

Edellä esitetyt ja muut ammattimiehen ymmärtämät kohteet toteutetaan tämän keksinnön mukaan, joka esittää menetelmän hiiliteräksen 7 66197 tai niukkaseosteisen teräksen sulatteen lämpötilan säätämiseksi pinnanalaisen pneumaattisen raffinoinnin aikana, lisäämällä sulatteeseen nopeasti hapettuvaa ainetta ja hitaasti hapettuvaa ainetta. Keksintö tunnetaan siitä, että sulatteen lämpötila saatetaan pääasiallisesti kaatolämpötilaan ennen raffinointivaiheen alkua ja pidetään tässä lämpötilassa kautta koko raffinointivaiheen lisäämällä sekä mainittu nopeasti hapettuva aine että mainittu hitaasti hapettuva aine sulatteeseen ennen kuin suoritetaan pääasiallisesti ollenkaan raffinointia, jolloin nopeasti hapettuvan aineen määrä on sellainen, että sulatteeseen saadaan oleellisesti yhtä paljon lämpöä kuin saadaan käytettäessä % Ai, jolloin % netto lämpöhäviö raffinoinnin aikana 157 jossa % on laskettu painoprosenttina sulatteesta ja lämpö on ilmoitettu °C:na, ja hitaasti hapettuvan aineen määrä on sellainen, että sulatteeseen saadaan oleellisesti yhtä paljon lämpöä kuin saadaan käytettäessä % Si, jolloin

% Si = 0,5...0,75 kertaa % C

jossa % on laskettu painoprosentteina sulatteesta ja C on hiili, joka poistetaan sulatteesta hiilenpoiston aikana.

Haluttu hiilenpoistolämpötila on se lämpötila, jossa tulenkestävän vuorauksen kuluminen tai turmeltuminen on siedettävissä rajoissa, mutta jonka lämpötilan yläpuolella turmeltuminen tapahtuu liiallisissa määrin.

Tässä selityksessä ja patenttivaatimuksissa käytetyllä sanonnalla "nopeasti hapettuva aine" tarkoitetaan kaikkia niitä aineita, joiden hapettuminen on termodynaamisesti edullisempaa hiileen verrattuna teräksen valmistuslämpötiloissa, joka aine vapauttaa paljon lämpöä happiyksikköä kohden (toisin sanoen enemmän kuin 40,8 MJ/hapen normaali m3 kohden), jonka aineen oksidi ei ole voimakkaasti hapanta (kuten esim. pii on) tavanomaisissa teräksen valmistuksessa syntyvissä kuonissa, ja jonka höyrynpaine ei ole sanottavasti suurempi kuin raudan. Nopeasti hapettuvien aineiden esimerkkeinä mainittakoon alumiini ja sirkoniumi. Keksinnön mukaan 8 66197 käytetään nopeasti hapettuvana aineena edullisesti alumiinia. Alumiinia voidaan lisätä alumiinimetallina tai minä tahansa rautapitoisena alumiiniseosteena.

Sanonnalla "hitaasti hapettuva aine" tarkoitetaan tässä selityksessä ja vaatimuksissa niitä aineita, joiden hapettuminen termo-dynaamisesti on hiilen hapettumisen kaltainen teräksen valmistus-lämpötiloissa ja hiilimonoksidin niissä osapaineissa, joita esiintyy pinnan alaisesti pneumaattisesti raffinoitaessa, ja jonka aineen hapettumisen yhteydessä vapautuva lämpö yhdessä hiilen hapettumisen vapauttaman lämmön kanssa on likimain yhtä suuri kuin hiilenpoistojakson vakiotilassa esiintyvät lämmön menetykset. Hitaasti hapettuvina aineina mainittakoon esimerkkeinä pii ja vanadiini, jolloin tässä keksinnössä piitä edullisesti käytetään hitaasti hapettuvana aineena. Pii voidaan lisätä piimetallina tai piirautana, mangaanipiirautana, kromipiirautana tai minkälaisena muuna piiyhdistettä sisältävänä rautaseosteena.

Edullisesti sovellettu pneumaattinen menetelmä on argoni-happi-hiilenpoisto- (AOD)-menetelmä.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaan valmistetun teräspanoksen tyypillistä aika-lämpötilakäyrää.

Keksinnön mukaan käytetään sekä nopeasti hapettuvaa ainetta että hitaasti hapettuvaa ainetta. Keksinnön mukaan piitä ja alumiinia lisätään ennen kuin pääasiallinen raffinointi alkaa. Pii- ja alu-miinipolttoainetta voitaisiin ilmeisesti myös lisätä raffinoinnin happipuhalluksen aikaisessa vaiheessa. Ne voidaan lisätä erikseen tai yhdessä, ja joko ennen kuin sulaa metallia on panostettu raf-finointikonvertteriin tai tämän jälkeen. Eräissä tapauksissa voi toinen näistä aineista tai molemmat aineet jo olla läsnä sulatteessa. Tällaisissa tapauksissa on näitä aineita mahdollisesti lisättävä siten, että kummankin aineen kokonaismäärä on keksinnön edellyttämän määrän suuruinen. Seuraavassa selitetään, miten lisättävät ainemäärät lasketaan.

Kuvio 1 esittää 4535 kgtn konvertterissa keksinnön mukaan raffinoidun hiiliteräspanoksen tyypillistä lämpöt ilaprof i il ia. Sulat- 9 66197 teen hiilipitoisuus pienennetään 0,40 % AOD-menetelmän mukaan käyttämällä argon-happisuhdetta 1:3 ja puhaltamalla kaikkiaan 4,2 normaali m^/min. Näissä olosuhteissa tarvitaan keksinnön mukaan 30 kg alumiinia ja 14 kg piitä tarvittavan lämmön kehittämiseksi. Käyrän osa A näyttää, että jos sulatteen lämpötila, sen jälkeen, kun se on panostettu konvertteriin, on 1550 °C, tulee lämpötila nousemaan noin 1725 °C:een noin 6 minuutissa, jona aikana alumiinin hapettuminen kehittää riittävän lämmön sulatteen lämpötilan nostamiseksi huippu- eli haluttuun hiilenpoistolämpötilaan. Käyrän osa B esittää raffinointijakson sitä vaihetta, jonka kuluessa hiilenpoisto tapahtuu. Tämä on toisin sanoen se ajanjakso, jonka kuluessa hiilen ja piin hapettuminen samoin kuin pienien muiden metallimäär ien hapettuminen kehittää hapettumislämpöä noin 9 minuutin aikana. Käyrän viimeinen osa C edustaa raffinointijakson viimeistelyvaihetta, joka kestää noin 16 minuuttia. Tässä vaiheessa pelkistysseos (mukaanluettuna kalkki, ellei sitä ole aikaisemmin lisätty) , seosteaineet tai muut aineet lisätään sulatteeseen. Rikinpoisto ja kaasunpoisto voi myös tapahtua raff inointi jakson tässä vaiheessa. On huomattava, että tämän ajan päättyessä on sulatteen lämpötila noin 1620 °C, mikä on riittävän korkea kaatoa varten. Hiiliterästen ja niukkaseosteisten terästen tavanomaiset halutut kaatolämpötilat ovat rajoissa noin 1540 °C...noin 1680 °C, riippuen teräksen tyypistä, samoin kuin teräksen valmistusmenetelmän seuraavasta vaiheesta, joka puolestaan riippuu teräksen lopullisesta käyttötarkoituksesta samoin kuin tehtaan käyttöperiaatteista.

Optimitulosten saamiseksi keksinnön soveltamisesta on välttämätöntä mahdollisimman tarkasti määrätä se hitaasti hapettuvan aineen määrä, joka on tarpeen huippukäyttölämpötilan ylläpitämiseksi. Tarvittava piimäärä, jota sopivasti käytetään hitaasti hapettuvana aineena lämpötilan ylläpitämiseksi hiilenpoiston aikana, riippuu poistettavasta hi il imääräs tä. Jos tämä hiilimäärä, esim. kuten yleisesti on asianlaita, on 0,40...0,60 %, on todettu, että 0,30 % Si tulee pääasiallisesti ylläpitämään halutun lämpötilan. Tätä määrää käytetään seuraavissa esimerkeissä. Haluttaessa poistaa enemmän hiiltä on tätä piimäärääkin lisättävä vastaavasti.

Lämpötasapainolaskelmien seuraava selitys samoin kuin esimerkit 10 661 97 helpottavat keksinnön ymmärtämistä. Mukavuussyistä kaikki lämpöta-sapainosuureet lasketaan sulatelämpötilan eroina.

Seuraavat viisi tekijää on otettava huomioon sen kehittävän lämpö-määrän laskemiseksi, joka tarvitaan korvaamaan sulatteen menettämän lämmön: 1) lämpömäärä, joka tarvitaan sulatteen lämpötilan nostamiseksi sen panoslämpötilasta sen kaatolämpötilaan, merkitään A (°C), A e Tkaato (°C) " Tpanos (0<~-) 2) lämpömäärä, joka tarvitaan kalkin liuottamiseksi, merkitään B (°C) B = (% Si) x 112 °C/% Si

Piin prosenttimäärä (% Si) edustaa piin koko painoprosenttimää-rää, siis konvertteriin panostetun piin, polttoaineena lisätyn piin ja pelkistämistä varten lisätyn piin määrää. Panostettua piimäärää säädetään lisäämällä polttoaineena tarvittavaa piitä siten, että saavutetaan tarvittava määrä tätä hitaasti hapettuvaa ainetta, esim. 0,30 % Si, kun hiilenpoisto on 0,40...0,60 %.

Kerroin 112 °C/% Si on johdettu metallurgisesta termodynamiikasta ja kuonan halutusta kemiallisesta koostumuksesta. Kalkin 1 % suuruinen lisäys jäähdyttää teräskvlpyä 26 °C. Emäksisen rikinpoistokuonan muodostamiseksi lisätään 4,3 % kalkkia hapetetun piin jokaista prosenttiyksikköä kohden. 1 Lämpömäärä, joka tarvitaan lämmönmenetysten korvaamiseksi hii-lenpoiston aikana, merkitään C (°C) C = t (min.) x 7 °C/min.

Aika t tarkoittaa sitä happipuhalluksen pituutta, joka tarvitaan halutun hiilimäärän sekä polttoaineena käytetyn piin ja laskettujen metallimäärien hapettamiseksi. Tämä lasketaan kylvyn kemiallisen koostumuksen ja puhallusmäärän perusteella.

11 66197

Kerroin 7 °C/min määritetään kokeellisesti kulloinkin kysymykseen tulevalle konvertterille, jona tässä on 4535 kg:n AOD-kon-vertteri. Kokeellinen määritys tehdään mittaamalla sulatteen lämpötila ennen inertin kaasun puhaltamista ja sen jälkeen, kun tällaista inerttiä kaasua on puhallettu mitatun ajan samaa kokonaisvirtausmäärää käyttäen kuin hiilenpoiston aikana.

4) Lämpömäärä, joka tarvitaan lämmön menetysten korvaamiseksi inertillä kaasulla suoritetun sekoittamisen ja viimeistelyjen aikana D (°C) määritetään kokeellisesti jokaiselle konvertterille. Tämä määritys tehdään aikaisemman kokemuksen perusteella käyttämällä määrättyä konvertteria, joka toimii samanlaisissa olosuhteissa. Tämä on se lämpötilan menetys, joka tapahtuu pelkistävän sekoittamisen alkamisesta raffinointikäsittelyn loppuun, kun oletetaan, että mitään muita suurehkoja lisäyksiä ei tapahdu.

D = 95 °C

Arvo 95 °C edustaa esimerkeissä käytettyä 4535 kg:n AOD-kon-vertter ia.

5) Lämpömäärä, joka tarvitaan seosteaineiden ja romulisäysten liuentamiseksi, on merkitty E (°C) E = (% Z) x 19 °C/% lisäyksiä Tämä määrä (% Z) edustaa raffinoinnin aikana tehtyjen lisäysten (esim. rautamangaanin) prosenttimäärää sulatteen painosta. Kerroin 19 °C/% lisäyksiä on johdettu metallurgisesta termodynamiikasta.

On laskettu eri rautaseosteaineiden ja romun lisäysten jäähdyttävät vaikutukset erikseen (esim. Pe Ni 18 °C/%, HCFeMn 22 °C/ %, romua 19 °C/%). Edustavaksi arvoksi yhteistä lisäystä varten on valittu 20 °C/%,

Hiilen, piin ja muiden metallien eksotermisen hapettumisen kehittämä lämpömäärä lasketaan seuraavasti: 12 661 97

SC = ( Δ * C) * 100 °C/»C

jossa Sc (°C) on hiilen hapettumisen kehittämä lämpömäärä.

Suure ( A % C) edustaa hiilipitoisuuden haluttua muuttumista. Kerroin 100 °C/% C on johdettu metallurgisesta termodynamiikasta ja edustaa sitä lämpöä, joka vapautuu teräskylpyyn liuenneen hiilen hapettumisesta happikaasun vaikutuksesta hiilimonoksidiksi.

Sm = (% M) x 82 °C/% M

jossa Sm (°C) on metallien hapettumisen kehittämä lämpömäärä ja % M tarkoittaa sitä oletettua metallien määrää, joka hapettuu puhalluksen aikana, ja joka kokeellisesti määritetään kysymykseen tulevalle teräslaadulle. Kerroin 82 °C/% metalleja on johdettu metallurgisesta termodynamiikasta ja edustaa sitä keskilämpömäärää, jonka happikaasu vapauttaa hapettamalla Fe, Mn ja Cr näiden eniten stabiileiksi metallioksideiksi

Ssi = (% Si) x 300 °C/% Si jossa Ssi (°c) edustaa piin hapettumisen kehittämää lämpömäärää.

Määrä (% Si) edustaa siirretyn ja polttoaineena lisätyn piin yhteenlaskettua määrää, joka määritetään siten, että se täyttää keksinnön ehdot. Kerroin 300 °C/% Si johdetaan metallurgisesta termodynamiikasta ja edustaa sitä lämpömäärää, joka vapautuu happikaasun hapettaessa teräskylpyyn liuenneen piin piioksidik-si.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksintöä.

Esimerkki 1

Valmistettiin panos AISI 1025-terästä täyttämällä 4625 kg sulaa terästä, jonka lämpötila oli 1585 °C, 4535 kg:n AOD-konvertte- 13 661 9 7 riin. Haluttu kaatolämpötila oli 1620 °C. Ainoa ei-polttoainee-na toimiva lisäys puhalluksen aikana oli 36 kg runsashiilistä mangaanirautaa, joka lisättiin sulatteeseen tarvittavan magnaa-nin saamiseksi, jolloin myös panokseen tuli 0,05 % hiiltä. Panostetun sulatteen analyysi oli 0,60 % C; 0,12 % Si; 0,32 % Cr. Tavoiteltu hiiipitoisuus oli 0,20 %. Kun otettiin huomioon seostelisäykset oli Δ % C = 0,45 %. Koska tarvittiin 0,30 % Si polttoaineena, lisättiin 11 kg 75 % piirautaa. Tämä kromipitoi-suus vastaa 0,25 % metallista hapettumista. Lämpötila lasketaan täten seuraavsti: Lämmön menetykset

A = Tkaato - Tpanos = 1620 <>C - 1585 °C = 35 °C B = (% Si) x 112 °C/% Si = 0,39 % Si x 112 °C/% Si = 44 °C C = t (min) x 7 °C/min = 11 min x 7 °C/min = 77 °C

Lukuarvo 11 minuuttia lasketaan siitä stökiömetrisestä happi-määrästä, joka tarvitaan hiilen, polttoaineena käytetyn piin ja metallien hapettamiseksi, kun puhalluksen aikana oletetaan 7 °C/min suuruinen lämmönmenetys tasapainotilassa ja happea puhalletaan 3,1 m^/min.

D 95 °C

Tämä lukuarvo 95 °C perustuu käytetyn konvertterin kokeellisiin tietoihin, kuten edellä selitettiin.

E = (% Z) x 19 °C/% Z E = (0,78) x 19 = 15 °C

Lämmönmenetykset kaikkiaan 266 °C.

Lämmön voitto

Sc = ( Δ % C) x 100 °C/% C = 0,45 x 100 = 45 °C

Sm= (%M) x 82 °C/% M = 0,25 x 82 =20 °C

Ssi= (% Si) x 300 °C/% Si = 0,30 x 300 = 90 °C

Lämmön voittojen summa = 155 °C

66197 14

Kaikkiaan menetetyn lämmön ja kaikkiaan voitetun lämmön eco on 266 °C - 155 °C * 111 °C suuruinen lämmön menetys, joka on korvattava alumiinia hapettamalla. Sen alumiinimäärän laskemiseksi, jolla saadaan tarvittavat 111 °C lämpöä, jaetaan 111 luvulla 157, joka edustaa sitä lämpötilaa, joka kehittyy, kun hapetetaan 1 S Ai ja otetaan huomioon tasapainotilainen lämmön menetys alumiinin hapetusjakson aikana ja kalkin lisäys, joka tarvitaan emäksisen kuonan muodostamiseksi syntyneestä alumiinioksidista. Tämä laskelma osoittaa, että on lisättävä 111/157 = 0,72 % AI, eli 33 kg.

Keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi lisättiin konvertteriin 33 kg alumiinia lämmön kehittämiseksi siten, että saavutettiin haluttu huippulämpötila-alue 1700 °C...1725 °C, ja lisättiin 11 kg FeSi tämän lämpötila-alueen pysyttämiseksi hiilenpoiston aikana. Täten saatiin haluttu puhdistettu sulate, jonka kaatolämpötila oli 1620 °C.

Esimerkki 2 AOD-konvertteriin lisättiin 1580 °C:ssa 4300 kg panos terästä WC6 (ASTM A217-75). Haluttu kaatolämpötila oli 1630 °C. Panoksen analyysi oli: 0,60 % C; 0,18 % Mn; 0,11 % Si; 0,44 % Cr; 0,44 % Mo. Puhalluksen aikana tehtiin seuraavat lisäykset analyysin saattamiseksi vastaamaan haluttua laatua: 26 kg runsas-hiilistä mangaanirautaa, 23 kg panoskromia, 4 kg molybdeeniok-sidia. Kun otetaan huomioon tavoiteltu hiilipitoisuus 0,20 % ja seosteiden lisäykset, on Δ * C = 0,47. Tämän perusteella tarvitaan 0,30 % Si, joten lisättiin 8 kg piimetallia. Tällä kro-mipitoisuudella oletetaan hapettuvan 0,40 % metallia. Lämpötilan laskelma on seuraava: Lämmön menetykset

A ~ Tkaato ” Tpanos * ^0 °C

B = (% Si) x 112 0,44 x 112 = 50 °C

C = t (min) x 7 = 11 x 7 = 77 °C

is 6619 7

D = (kuten esimerkissä 1) = 95 °C

E = (% Z) x 19 = 1,27 x 19 = 24 °C

Lämmön menetykset yhteensä = 296 °C

Lämmön voitot

Sc = ( Δ % C) x 100 = 0,47 x 100 = 47 °C

Sm = (%M) x 82 = 0,40 x 82 =33 °C

Ssi = (% Si) x 300 = 0,30 x 300 = 90 °C

Lämmön voitot yhteensä = 170 °C

Lämmön menetysten ja lämmön voittojen ero on 296 °C - 170 °C = 126 °c. Tämän lämmön aikaansaamiseksi tarvittava alumiinimäärä on 126/157 = 0,80 % AI. Tämä edustaa kehittyvää lämpötilaa, kun hapetetaan 1 % AI ja otetaan huomioon tasapainotilaiset lämmön menetykset ja kalkin lisäys. Laskelma osoittaa, että on lisättävä 0,80 % eli 34 kg AI. Panokseen lisättiin näin ollen 34 kg alumiinia sulatteen lämpötilan nostamiseksi 1725 °C:een, ja lisättiin 37 kg metallista piitä tämän lämpötilan pysyttämiseksi hiilenpoiston aikana. Panoksella oli haluttu koostumus ja kaatolämpötila oli 1630 °C, joten uudelleenpuhallusta ei tarvittu.

Claims (1)

16 661 97 Patenttivaatimus Menetelmän hiiliteräksen tai niukkaseosteisen teräksen sulatteen lämpötilan säätämiseksi pinnanalaisen pneumaattisen raffinoinnin aikana, lisäämällä sulatteeseen nopeasti hapettuvaa ainetta ja hitaasti hapettuvaa ainetta, tunnettu siitä, että sulatteen lämpötila saatetaan pääasiallisesti kaatolämpötilaan ennen raffinointivaiheen alkua ja pidetään tässä lämpötilassa kautta koko raffinointivaiheen lisäämällä sekä mainittu nopeasti hapettuva aine että mainittu hitaasti hapettuva aine sulatteeseen ennen kuin suoritetaan pääasiallisesti ollenkaan raffinointia, jolloin nopeasti hapettuvan aineen määrä on sellainen, että sulatteeseen saadaan oleellisesti yhtä paljon lämpöä kuin saadaan käytettäessä % AI, jolloin ^ ^ netto lämpöhäviö raffinoinnin aikana 157 jossa % on laskettu painoprosenttina sulatteesta ja lämpö on ilmoitettu °C:na, ja hitaasti hapettuvan aineen määrä on sellainen, että sulatteeseen saadaan oleellisesti yhtä paljon lämpöä kuin saadaan käytettäessä % Si, jolloin % Si = 0,5...0,75 kertaa % C jossa % on laskettu painoprosentteina sulatteesta ja C on hiili, joka poistetaan sulatteesta hiilenpoiston aikana.