FI67094B - Foerfarande foer att foerhindra att slaggmetall vaeller upp id pneumatisk under ytan skeende raffinering av staol - Google Patents

Description

1 67094

Keksinnön kohteena on teräksen puhdistaminen ja varsinkin sellaisten terästen pinnanalainen pneumaattinen puhdistaminen, joka vaatii polttoainemateriaalin lisäämistä halutun laskulämpötilan saavuttamiseksi ilman, että esiintyy yli-5 pursuamista.

Tässä selityksessä ja vaatimuksissa käytetyllä sanonnalla "pinnanalainen pneumaattinen puhdistaminen" tarkoitetaan menetelmää, jossa hiili poistetaan sulatteesta pinnanalaisesta suihkuttamalla happikaasua yksistään tai yhdessä 10 yhden tai useamman kaasun kanssa, jotka on valittu argonin, typen, ammoniakin, vesihöyryn, hiilimonoksidin, hiilidioksidin, vedyn, metaanin tai korkeampien hiilivetykaasujen joukosta. Kaasut voidaan puhaltaa sulatteeseen soveltamalla erilaisia puhallusohjelmia, riippuen valmistettavasta teräslaadus-15 ta ja yhdessä hapen kanssa käytetyistä kaasuista. Puhdistus- jakso päättyy usein määrättyihin viimeistelyvaiheisiin, kuten kalkin ja/tai seosteiden lisäämiseen tarkoituksella pelkistää hapettuneita seosteaineita ja muodostaa emäksinen kuona, ja seosteaineiden lisäämiseen sulatteen koostumuksen säätämisek-20 si vastaamaan sulatteelta vaadittuja ominaisuuksia.

Tämän alan tekniikassa tunnetaan useita pinnanalaisia pneumaattisia teräksen puhdistusmenetelmiä, joista esimerkkeinä mainittakoon ns. AOD-, CLU-, OBM-, Q-BOP- ja LWS-menetelmät, jotka on selitetty US-patenteissa no 3.252.790; 3.867.135; 25 3.706.549; 3.930.843 ja 3.844.768.

Pneumaattista puhdistamista sovellettaessa sulate kuumenee niiden eksotermisten hapettumisreaktioiden seurauksena, jotka tapahtuvat puhdistusjakson hiilenpoistovaiheessa. Sulate jäähtyy melko nopeasti viimeistelyvaiheen aikana, koska kal-30 kin ja seosteaineiden lisääminen tapahtuu endotermisesti, eikä mitään eksotermisiä reaktioita esiinny.

Pinnanalainen pneumaattinen puhdistaminen, jota tämän alan tekniikassa yleensä sanotaan "puhaltamiseksi", johtaa normaalisti yhteen tai useampaan seuraavaan tulokseen: panoksen 35 hiilenpoistoon, pelkistymiseen, rikinpoistoon, fosforinpois- 2 67094 toon ja kaasunpoistoon. Näiden tulosten saavuttamiseksi on välttämätöntä: 1) syöttää riittävästi happea hiilen polttamiseksi halutulle tasolle (hiilenpoisto), ja 2) syöttää riittävän paljon puhdistuskaasua, minkä tarkoituksena on: 5 perusteellisesti sekoittaa pelkistävät lisäaineet sulattee seen (pelkistäminen), saavuttaa kuonan ja metallin välinen hyvä keskinäinen reaktio (rikinpoisto), ja varmistaa, että sulatteen vety- ja typpipitoisuudet pysyvät pieninä (kaasunpois to) .

10 Pneumaattiseen puhdistamiseen liittyy kaksi vastakkaista lämpötilaehtoa. Toinen on, että eksotermisten reaktioiden vaikutuksesta on saavutettava riittävän korkea lämpötila endotermisten vaiheiden mahdollistamiseksi, mutta sulatteen lämpötilan pysyttämiseksi samalla riittävän korkeana panok-15 sen laskua varten. Vastakkaisena ehtona on, että puhdistus-astiassa eli konvertterissa saavutettu huippulämpötila on pidettävä sen arvon alapuolella, joka aiheuttaa konvertterin tulenkestävän vuorauksen liiallista turmeltumista.

Vaikka keksintöä voidaan soveltaa kaikkiin edellä mainittui-20 hin pinnanalaisiin pneumaattisiin teräksenpuhdistuskäsitte- lyihin, selitetään ja havainnollistetaan keksintö yksinkertaisuuden vuoksi viittaamalla argoni-happi-hiilenpoistokäsitte-lyyn, josta myös käytetään lyhennettyä nimitystä AOD-menetel-mä.

25 Tässä selityksessä ja vaatimuksissa käytetyllä sanonnalla "argon-happi-hiilenpoistomenetelm" tarkoitetaan menetelmää sulan metallin puhdistamiseksi, joka sijaitsee puhdistus-astiassa eli konvertterissa, jossa on ainakin yksi upoksissa oleva putki, minkä menetelmän mukaan a) mainitun yhden tai 30 useamman putken läpi sulatteeseen puhalletaan happipitoista kaasua, jossa on jopa 90% laimennuskaasua, jolloin tämän laimennuskaasun tehtävänä on pienentää sulatteen hiilenpois-ton aikana muodostuneiden kaasukuplien sisältämän hiilimonoksidin osapainetta ja/tai muuttaa sulatteeseen syötetyn hapen 35 määrää huomattavasti muuttamatta koko suihkutettua kaasu- virtaa, ja tämän jälkeen b) sekoituskaasua suihkutetaan sulat- 3 67094 teeseen mainitun yhden tai useamman putken läpi, jolloin tämän sekoituskaasun tehtävänä on poistaa epäpuhtauksia sulatteesta poistamalla kaasua, pelkistämällä, haihduttamalla tai saattamalla epäpuhtaudet kellumaan ja tämän jäl-5 keen kulkeutumaan kuonan mukana tai reagoimaan kuonan kans sa. Tämän menetelmän mukaan happipitoista kaasuvirtaa tavallisesti ympäröi suojakaasun rengasmainen virta, jonka tehtävänä on suojata yhtä tai useampaa putkea ja ympäröivää tulenkestävää vuorausta liialliselta kulumiselta. Sopivia 10 laimennuskaasuja ovat argon, helium, vety, typpi, hiilimonoksidi, hiilidioksidi ja vesihöyry, jolloin argonia suositaan. Käyttökelpoisia sekoituskaasuja ovat argon, helium, typpi ja vesihöyry, ja nytkin suositaan argonia. Käyttökelpoisia suojakaasuja ovat argon, helium, vety, 15 typpi, hiilimonoksidi, hiilidioksidi tai hiilivetykaasu, ja nytkin argonia suositaan.

Puhdistuksen aikana sulatteen lämpötilaan vaikuttavat ne tekijät, jotka aiheuttavat lämmön menetyksiä ja ne tekijät, jotka aiheuttavat lämmön voittoa. Lämpöä tarvitaan: 20 1) sulatteen lämpötilan nostamiseksi sen panoslämpötilasta sen laskulämpötilaan, 2) kalkin ja kuonan muiden komponenttien liuottamiseksi, 3) puhdistamisen aikana lisättyjen mahdollisten seosteainei-den, romun tai muiden lisäaineiden liuottamiseksi, ja 25 4) sulatteen niiden lämpömäärien kompensoimiseksi, jotka menetetään ympäristöön koko puhdistusjakson aikana (toisin sanoen inertin kaasun avulla suoritetun sekoittamisen, puhaltamisen, pelkistämisen ja käsittelyn lopettamisen aikana).

30 Lämpöä kehitetään puhdistusjakson aikana ainoastaan tällöin tapahtuvien eksotermisten reaktioiden seurauksena. Näistä mainittakoon sulatteessa olevan hiilen, piin, alumiinin ja mahdollisten muiden metallisten komponenttien, esim. raudan, kromin ja mangaanin hapettuminen. Jos sulatteen lämpötila 35 puhdistamisen jälkeen on liian alhainen halutun laskulämpö-tilan saavuttamiseksi, menetellään yleisesti siten, että panokseen uudelleen puhalletaan happea ja täten kehitetään " 67094 lämpöä hapettamalla hiiltä ja sulatteen metalleja. Tällainen uudelleenpuhaltaminen on kuitenkin epäedullista, koska se kuluttaa aikaa, pakottaa käyttämään enemmän happea, piitä ja kalkkia, ja aiheuttaa sulatteessa olevien metallien 5 epäedullista hapettumista, mikä kaikki pienentää puhdistus- käsittelyn kokonaishyötysuhdetta ja vaikuttaa haitallisesti metallin laatuun.

Eräs keino edellä mainittujen ongelmien välttämiseksi on selitetty US-patentissa 4.1 87.1 02 (Choulet ja Mehlman) , 10 hyväksytty 5.2.1980. Tässä selitetyn menetelmän mukaan lisätään sulatteeseen nopeasti ja hitaasti hapettuvia aineita (esim. alumiinia ja piitä) ennen kuin puhdistushapen suihkuttaminen aloitetaan. Näiden aineiden hapettumisen kehittämän lämmön on oltava riittävä sulatteen lämpötilan jättämi-15 seksi puhdistusjakson lopussa ainakin yhtä korkeaksi kuin haluttu laskulämpötila, mutta ei niin korkeaksi, että se johtaa tulenkestävän materiaalin liialliseen turmeltumiseen. Vaikka tämän patentin mukainen menetelmä monessa suhteessa on edullinen, voi se kuitenkin eräissä tapauksissa aiheuttaa 20 vakavaa "ylipursuamista".

"Ylipursuaminen" on metallien pneumaattiselle puhdistamiselle yhteinen metallurginen ilmiö, jonka mukaan puhdistettavan metallin yläpuolelle muodostuva kuonan ja metallin emulsio pursuaa ylöspäin ja pois konvertterin avosuusta. Tämä yli-25 pursuaminen on haitallista tuotannon kannalta ja lisäksi vaarallista konvertterin läheisyydessä oleville työntekijöille .

On todettu, että seuraavat tekijät lisäävät teräspanoksen taipumusta ylipursuamiseen AOD-puhdistamisen aikana: 30 1. hiilimonoksidin runsas kehittyminen 2. suuret puhalletut kaasumäärät (argon- ja/tai happimäärät) 3. pieni vapaana oleva tyhjä tila konvertterin yläpäässä 4. kuonan ja metallin emulsion muodostuminen.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ylipursuami- 35 sen välttämiseksi terästen, esim. hiiliterästen, niukkaseos- 5 67094 teisten terästen ja työkaluterästen pinnanalaisen pneumaattisen puhdistamisen aikana ja samalla saavuttaa haluttu laskulämpötila ilman panoksen uudelleen puhaltamista ja saavuttamatta puhdistamisen aikana lämpötiloja, jotka liial-5 lisesti turmelevat tulenkestäviä vuorauksia.

Keksinnön edellä esitetyt ja muut tavoitteet, jotka ammattimiehet ymmärtävät, saavutetaan keksinnön ansiosta, jonka mukaan saadaan menetelmä ylipursuamisen estämiseksi teräs-sulatteen pinnanalaisen puhdistamisen aikana käsiteltäessä 10 sulatetta, joka vaatii polttoaineen lisäyksiä, jolloin samanaikaisesti säädetään sulatteen lämpötilaa, ja tämä menetelmä tunnetaan siitä, että lisätään sulatteeseen hapettuvaa polttoainemateriaalia sellaisin määrin, että saavutetaan haluttu laskulämpötila puhdistus-15 jakson lopussa, ajankohtana, jolloin hiili on poistettu sulatteesta pääasiallisesti haluttuun hiilipitoisuuteen tai sen jälkeen, kun hiilipitoisuus on laskenut alle arvon 0,50%.

Tässä selityksessä ja vaatimuksessa käytetyllä sanonnalla "hapettuva polttoainemateriaali" tarkoitetaan sellaisia mate-20 riaaleja, jotka hiileen verrattuna hapettuvat termodynaami- sesti helpommin teräksen valmistuslämpötiloissa, jotka kehittävät paljon lämpöä hapen yksikköä kohden, toisin sanoen enemmän kuin 37,3 MJ normaalikuutiometriä kohden, mitattuna 21 °C:ssa ja 98 kPa paineessa, ja jonka höyrynpaine ei ole sanot-25 tavasti suurempi kuin raudan höyrynpaine.

Käytettäväksi soveltuvien,hapettuvien polttoainemateriaalien esimerkkeinä mainittakoon alumiini, pii ja sirkonium. Keksinnön mukaan käytetään edullisesti alumiinia, joka voidaan lisätä alumiinimetallina tai alumiinilejeerinkinä.

30 Edullinen pneumaattinen menetelmä on argon- happi-hiilenpois-tomenetelmä.

Keksintöä voidaan soveltaa ylipursuamisen estämiseksi missä tahansa terässulatteessa, johon on lisättävä enemmän hapettu- 6 67094 vaa polttoainemateriaalia kuin mitä panos sisältää panoksen lämpötilan nostamiseksi. Näistä teräksistä mainittakoon hiiliteräkset, niukkaseosteiset teräkset ja työkaluteräkset.

Keksintö selitetään seuraavassa oheisen piirustuksen perus-5 teella, jonka ainoa kuvio 1 käyrästönä esittää tyypillistä aika-lämpötilakäyrää kahdelle teräspanokselle, joista toinen on käsitelty keksinnön mukaan ja toinen soveltamalla aikaisemmin tunnettua tekniikkaa.

Runsaasti hiiltä sisältäviä niukkaseosteisia teräksiä AOD-10 menetelmän mukaan puhdistettaessa riippuu hiilen poistamis-nopeus suihkutetusta happimäärästä. Suihkutettua happimää-rää suurennettaessa hiilen poistuminen nopeutuu ja myös yli-pursuamistaipumus lisääntyy. Lämpömenetysten kannalta on kuitenkin puhallettu happimäärä pidettävä mahdollisimman 15 suurena ilman ylipursuamisen esiintymistä tai tulenkestävän materiaalin turmeltumista. Näin ollen ei ole järkevää estää ylipursuamista voimakkaasti rajoittamalla suihkutettua happi-määrää.

Käsittelyastian pieni vapaa tyhjä tila aiheutuu konvertterin 20 väärästä suunnittelusta ja/tai liian suuresta panoksesta.

Koska ylipursuamista esiintyy sen jälkeen, kun konvertterissa on muodos tunut kuonaemulsio, on eduksi pitää käytettävissä suuri vapaa tyhjä tila emulsiota varten.

Edellä mainitun patentin mukainen menetelmä antaa kylläkin 25 tulokseksi lämpötilan tehokkaan säädön, mutta aiheuttaa eräissä tapauksissa ylipursuamista syistä, joita ei täysin ymmärretä. Keksinnön mukaan ylipursuaminen vältetään kaikissa esiintyvissä tapauksissa.

Keksinnön luullaan estävän ylipursuamista varmistamalla, 30 että suuren hiilipitoisuuden ja korkean lämpötilan yhdisxel-mä ei esiinny yhdessä läsnäolevan kuona-metalliemulsion kanssa hiilenpoiston aikana. Hiilimonoksidin muodostumista pienennetään alentamalla hiilenpoistolämpötilaa. Alempi hiilenpoistolämpötila saavutetaan siten, että alumiini tai 7 67094 muu lämpöä kehittävä hapettuva materiaali lisätään vasta sitten, kun hiilenpoisto on pääasiallisesti päättynyt. Lisäksi saadaan pysytetyksi kuona, jolla on suhteellisen pieni taipumus muodostaa vaahtoavaa emulsiota, lisäämällä 5 koko lämpöä kehittävä materiaalimäärä, esim. alumiini, vasta sen jälkeen, kun hiilenpoisto on pääasiallisesti tapahtunut.

On todettu, että ylipursuamisvaara on ohitettu, kun hiili-pitoisuus on suhteellisen pieni, eli noin 0,50%.

Edellä selitetyt toimenpiteet estävät ylipursuamisen esiin-10 tyrnistä ja säätävät samalla puhdistus- ja laskulämpötiloja.

Hiilenpoiston aikana sulatteen lämpötila pysytetään tai korotetaan hapettamalla sulatteessa olevaa piitä ja metalleja ennen hiilenpoistoa ja tämän hiilenpoiston aikaisessa vaiheessa. Hiilenpoiston tapahduttua pääasiallisesti täydellisesti, 15 lisätään riittävän paljon alumiinia tai muuta hapettuvaa materiaalia sulatteen pysyttämiseksi tai korottamiseksi tarpeen mukaan ennen koko puhdistamiskäsittelyn pelkistämis- ja viimeistelyvaiheita.

Alumiini tai muu hapettuva materiaali on lisättävä sulattee-20 seen säädetyin määrin siten, että sulatteen lämpötila nousee riittävästi seuraavien endotermisten puhdistusvaiheiden mahdollistamiseksi. Eräissä tapauksissa voi olla eduksi lisätä osa alumiinista, niinkin paljon kuin 35%, ennen kuin hiilenpoisto on sujunut loppuun tai edes alkanut. Tämä on eduksi 25 esim. suuresti hapettuneen sulatteen pelkistämiseksi ennen kuin tarvittava hiilimäärä lisätään. Hiiltä voidaan lisätä riittävän CO-määrän kehittämiseksi myötävaikuttamaan kaasujen poistamisessa panoksessa.

Kuvio 1 esittää hiiliteräspanosten tyypillisiä lämpötila-30 profiileja, kun nämä panokset on puhdistettu keksinnön mukaan (käyrät A ja B) ja sellaisen panoksen lämpötilaprofiileja, joka on puhdistettu soveltamalla edellä mainitun patentin mukaista menetelmää (käyrä C). Käyrän A kuvaamassa tapauksessa hapettuva materiaali (alumiini) lisättiin sen jälkeen, 35 kun hiilenpoisto oli tapahtunut pääasiallisesti täydellisesti. Tässä vaiheessa alumiini lisättiin lämpötilan nostamiseksi 8 67094 halutulle tasolle laskulämpötilan yläpuolelle riittävän lämmön kehittämiseksi niin, että viimeistelyvaiheen lopussa (näytetty katkoviivoin) sulatteella oli vähintään haluttu laskulämpötila. Käyrän B kuvaamassa tapauksessa noin 1/3 5 koko alumiinimäärästä lisättiin ennen hiilenpoistoa. Alu miini nosti sulatteen lämpötilaa noin 38 °C. Hiilenpoiston sujuttua loppuun loput alumiinista lisättiin sulatteen lämpötilan nostamiseksi halutulle tasolle oikean laskulämpötilan varmistamiseksi viimeistelyvaiheen lopussa. Käyrä C 10 kuvaa tuloksia, jotka saavutettiin edellä mainitun patentin mukaan, jolloin koko alumiinimäärä samoin kuin pii tai muut hitaasti hapettuvat aineet lisättiin ennen hiilenpoistoa.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksinnön edullisinta soveltamistapaa.

15 Esimerkki 1 20.000 kg HY-80-terästä valmistettiin 23 tonnin AOD-puhdista-miskonvertterissa. Panos sulatettiin pelkistävissä olosuhteissa valokaariuunia käyttäen. AOD-konvertteriin panostettiin 620 kg kalkkia, ennen kuin sulate siirrettiin valokaariuunis-20 ta AOD-konvertteriin. Tämän jälkeen sulatteeseen suihkutettiin 10,5 normaalikuutiometriä minuutissa happea ja 3,7 nor-maalikuutiometriä minuutissa argonia (mitattu 0 °C:ssa jän. 100 kPa paineessa) soveltamalla tavanomaisia AOD-puhdistamismene-telmiä hiilen poistamiseksi sulatteesta ja piin poistamiseksi. 25 Puhaltaminen lopetettiin 27 minuutin kuluttua, jolloin lämpötila oli 1680 °C. Seosteaineena lisättiin 23 kg nikkeliä ja 16 kg molybdeeniä, ja lämmön kehittämiseksi lisättiin 52 kg alumiinia. Tämän jälkeen AOD-puhaltamista jatkettiin 4 minuuttia, minkä ajan kuluttua lämpötila oli 1710 °C. Seoste-30 aineena lisättiin 170 kg 75% FeSi, ja sulatetta sekoitettiin pelkästään argonilla 4 minuuttia. Sulatteesta otettiin näyte kemiallista tutkimusta varten, ja lisättiin seosteaineita loppusäätöä varten argonilla sekoittaen. Panoksen laskulämpötila oli 1610 °C. Ylipursuamista ei esiintynyt. Hiilipitoi-35 suus oli alumiinin lisäysajankohtana 0,17%, eli panokselle määrätty hiilipitoisuus. ' 9

Esimerkki 2 67094 33.600 kg painava panos AISI 1029-terästä valmistettiin 36 tonnin AOD-konvertterissa. Hiili poistettiin panoksesta pitoisuuteen 0,06% valokaariuunissa, johon lisättiin valssi-5 hilsettä ja riittävästi kalkkia ja kalkkikiveä emäksisen fosforinpoistokuonan muodostamiseksi. Kuona poistettiin uunista ja sulate laskettiin siitä. AOD-konvertteriin panostettiin ennalta 1160 kg kalkkia. Tämän jälkeen tähän konvertteriin panostettiin valokaariuunista saatu teräs ja 45 kg alu-10 miinia, minkä jälkeen sekoitettiin minuutin ajan argonilla.

Lisättiin 250 kg standardi-ferromangaania ja 300 kg grafiit- o tia. Tämän jälkeen sulatteeseen puhallettiin 32,8 NM /min 3 happea ja 10,9 NM /min argonia hiilen poistamiseksi sulatteesta ja piin poistamiseksi. Argonia ja happea puhallettiin 15 8 minuuttia, minkä jälkeen puhaltaminen lopetettiin, jolloin lämpötila oli 1565 °C. Konvertteriin lisättiin nyt 317 kg 75% FeSi ja sekoitettiin pelkästään argonilla 4 minuuttia. Panos laskettiin 1640 °C:ssa. Mitään ylipursuamista ei esiintynyt käsittelyn aikana. Hiilipitoisuus alumiinin lisäämis-20 ajankohtana oli 0,28% C, toisin sanoen panokselle määrätty hiilipitoisuus.

*Ui·'

Claims (3)

10 67094

1. Menetelmä ylipursuamisen estämiseksi polttoainelisäyk-siä vaativan terässulan pinnanalaisen pneumaattisen raffinoinnin aikana, jolloin samalla säädetään sulan lämpötilaa 5 lisäämällä sulaan riittävä määrä hapettuvaa polttoaine-materiaalia halutun kaatolämpötilan saavuttamiseksi raffinointi jakson lopussa, tunnettu siitä, että hapettuva polttoainemateriaali lisätään ajankohtana, jolloin hiili on poistettu sulasta pääasiallisesti määriteltyyn 10 hiilipitoisuuteen tai sen jälkeen, kun hiilipitoisuus on laskenut alle arvon noin 0,50%.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että hapettuvana polttoainemateriaalina on alumiini.

3. Patenttivaatimusten 1...2 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että enintään 35% lisättävästä polttoainemater iaalista lisätään ennen kuin hiili on pääasiallisesti poistettu sulasta määriteltyyn hiilipitoisuuteen. 20 1. Förfarande för att förhindra överströmning vid pneu- matisk under ytan skeende raffinering av en stälsmälta som kräver bränsletillsatser, medan man samtidigt reglerar smältans temperatur genom att tillsätta smältan ett oxiderbart bränslematerial i en mängd som förslär att 25 erhälla den önskade tappningstemperaturen vid slutet av raf f iner ingsper ioden kännetecknat därav, att det oxiderbara bränslematerialet tillsätts vid en tidpunkt efter det att smältan avkolats tili väsentligen specifi-serad kolhalt, eller efter det att kolhalten har sjunkit 30 under ca 0,50%.