FI68659B - Foerfarande foer inblaosning av gaser med hoeg syrehalt i ett icke-jaernmetaller innehaollande smaeltbad - Google Patents

Description

1 68659

Menetelmä runsaasti happea sisältävien kaasujen puhaltamiseksi ei-rautametalleja sisältävään sulatekylpyyn

Keksintö kohdistuu menetelmään runsaasti happea 5 sisältävien kaasujen puhaltamiseksi ei-rautametalleja sisältävään sulatekylpyyn reaktorin seinän kautta sulatteeseen työnnettyjen kaksoisputkisuuttimien avulla, jolloin jokaisen kaksoisputkisuuttimen toisen suuttimen kautta puhalletaan suojakaasua tai -nestettä jäähdytysaineeseen.

10 Useissa pyrometallurgisissa menetelmissä ei-rauta- metallien valmistamiseksi puhalletaan runsaasti happea sisältäviä kaasuja - teknillisesti puhdasta happea tai hapella rikastettuja kaasuja - sulatteeseen. Näissä menetelmissä muodostetaan ei-rautametalleja tai ei-rautametal-15 leiliä rikastettuja kivifaaseja sulfidimalmeista tai rikas tetaan ei-rautametalleja sisältäviä sulatteita. Runsaasti happea sisältäviä kaasuja puhalletaan suuttimien avulla pohjan tai seinän kautta reaktorin muurauksen lävitse sulatteeseen. Suuttimien ja ympäröivän muurauksen suojaa-20 miseksi suuttimissa esiintyviä korkeita lämpötiloja vastaan puhalletaan sulatteeseen suojakaasua tai -nestettä.

Tämä suoritetaan kaksoisputkisuuttimien avulla. Sisemmän putken kautta puhalletaan tällöin yleensä runsaasti happea sisältävää kaasua ja sisemmän ja ulomman putken välisen 25 rengasmaisen tilan kautta suojaväliainetta sulatteeseen, tämän vaikuttaessa jäähdyttävästi. Tällaisia menetelmiä tunnetaan esimerkiksi patenttikirjoituksista DE-OS 24 17 978 ja DE-OS 28 07 964.

Näitä kaksoisputkisuuttimia ja runsaasti happea sisäl-30 tävien kaasun puhaltamista sulatteeseen suojaväliaineen kanssa on käytetty ensin terästeollisuudessa (DE-AS 15 83 968, DE-AS 17 83 149, DE-AS 17 58 816, DE-OS 20 52 988, DE-AS 22 59 276, GB-PS 12 53 581, DE-AS 14 33 398, AT-PS 265 341), jolloin aina on pyritty välttämään kasaumien 35 muodostumista suuttimiin, koska niillä on haitallinen vaikutus kylvyn liikuttamiseen ja muurauksen syöpymiseen sekä 2 68659 käyttövarmuuteen. Vain vesijäähdytettyjä yksikkösuutti-mia käytettäessä suojataan suutinkärki vesijäähdytetyltä osalta jähmettynyttä rautaa tai metallia olevalla kerroksella ennen rikkoutumista.

5 Käytettäessä kaksoisputkisuuttimia ja runsaasti happea sisältävien kaasujen puhaltamista sulatteeseen suojaväliaineen kanssa ei-rautametallien metallurgiassa (DE-OS 24 17 978, DE-OS 28 07 964, GB-PS 14 14 769) on tähän mennessä käytetty selvästi samoja edellytyksiä.

10 Tällöin esiintyy kuitenkin huomattavaa kulumista suutti- missa ja suojamuurauksessa.

Keksinnön perustana on tehtävä puhaltamalla runsaasti happea sisältäviä kaasuja suojakaasujen tai -nesteiden kanssa ei-rautametalleja sisältäviin sulatekylpyihin vähen-15 tää tai estää kokonaan kaksoisputkisuuttimien ja ympäröivän muurauksen kuluminen.

Tämän tehtävän ratkaisu tapahtuu keksinnönmukaisesti siten, että suojakaasun tai suojanesteen määrää säädetään riippuvaisena kuonan koostumuksesta ja kuonan lämpötilaeros-20 ta jähmettymispisteessä siten, että toisaalta suuttimiin muodostuu kasaumia ja toisaalta kasaumat eivät ylitä haluttua paksuutta, suuttimilla ja ympäröivässä muurauksessa olevien kasaumien paksuus valitaan siten, että toisaalta saavutetaan haluttu suojaus ja toisaalta saavutetaan kasau-25 mien hy\& kaasunläpäisevyys ja kaasujen hyvä jakautuminen kasaumaan. Paksuus riippuu menetelmän käyttöolosuhteista ja määritetään se kokeellisesti. Jatkuvissa menetelmissä säilyy suojaväliaineen tarvittava määrä verrattain vakiona, kun taas panoksittaan toimivassa menetelmässä on säätö suo-30 ritettava laajemmalla alueella. Suojaväliaineina voidaan käyttää palavia tai palamattomia kaasuja tai nesteitä, kuten esimerkiksi typpeä, rikkidioksidia, hiilidioksidia, vesihöyryä, hiilivetyjä. Niiden valinta määräytyy käyttöteknisten olosuhteiden mukaan. Kasaumien muodostamiseen tarvittavan 35 suojaväliaineen määrä riippuu kuonan jähmettymislämpötilasta tai kuonan sisältämistä korkealla sulavista aineosista sekä li 68659 3 kuonan lämpötilajakaumasta tässä jähmettymislämpötilassa ennen sen koskettamista suojaväliainetta. Suojakaasun tai suojanesteen poistumapinta-alan täytyy olla mahdollisimman pienen ja suojaväliainetta täytyy puhaltaa sulatteeseen 5 suuressa paineessa, esimerkiksi 6 baarin yläpuolella ole vassa paineessa suojaväliaineen tarvittavan määrän pitämiseksi mahdollisimman pienenä.

Suositeltava toteutus perustuu siihen, että kuonan koostumus ja lämpötila säädetään sellaisiksi, että jo kuo-10 nan vähäisessä paikallisessa jäähtymisessä suuttimilla alitetaan korkealla sulavien - alunperin kuonaan liuenneiden - aineosien kitetytymislämpötila. Kuonan koostumusta säädetään siten, että se on korkealla sulavien yhdisteiden lähes täysin kyllästämä. Tämä saavutetaan kuonan asianmukaisen 15 kemiallisen koostumuksen, asianmukaisen hapetuspotentiaalin, joka määräytyy talteenotettavan ei-rautametallin metalli/sul-fidi/oksidin halutun tasapainon mukaan sekä kuonan vastaavan lämpötilan avulla, joka on välittömästi korkealla sulavien yhdisteiden kyllästyslämpötilan yläpuolella. Tällöin 20 saavutetaan kasaumien hyvä muodostuminen vähäisin suoja- väliaineiden määrin.

Suositeltava toteustapa perustuu siihen, että suutti-mien lävitse puhallettujen kaasujen takaisinvaikutusta säädetään siten, että riippumatta reaktorin pohjalla olevan 25 metallikylvyn paksuudesta saavuttaa kuonaa ja metallia oleva emulsio suuttimet. Sulatteeseen puhallettujen kaa sujen takaisinvaikutusta voidaan säätää niiden paineen tai määrien vastaavan säädön avulla ja/tai säätämällä metalliker-roksen paksuutta suuttimilla. Tällöin saavutetaan myös 30 kasaumien hyvä muodostuminen.

Eräs suositeltava toteutustapa perustuu siihen, että kasaumien paksuuden muodostaminen tapahtuu säätämällä vir-taavan suojaväliaineen ja/tai runsaasti happea sisältävän kaasun paineenkasvua suositeltavaan arvoon alkuperäiseen 35 paineeseen verrattuna. Kasauman muodostuessa tapahtuu paineennousu sen paineen suhteen, joka vallitsee ennen kasauman muodostumista. Paineenkasvun suuruus on riippuvainen 4 68659 kasauman paksuudesta ja muodosta. Paineenkasvu, joka vastaa kasauman haluttua paksuutta, määrätään kokeellisesti ja sitä ylläpidetään. Useimmissa tapauksissa on noin 0,1 - 0,5 baaria oleva paineenkasvu riittävä. Täten voi-5 daan kasauman paksuutta säätää yksinkertaisella tavalla, vaikka suora havaitseminen ei ole mahdollista.

Eräs keksinnön suositeltava toteutusmuoto perustuu siihen, että paineen haluttua arvoa säädetään pitämällä paine vakiona. Tällöin pidetään pelkästään paine vakiona 10 ja tilavuus säätyy vastaavaan arvoon. Tällöin saavutetaan kasauman paksuuden erikoisen yksinkertainen ja tehokas säätö.

Eräs suositeltava toteutusmuoto perustuu siihen, että reaktoriin kuonan koostumuksesta ja lämpötilasta riip-15 puvaisena muodostetaan muuraus siten, että muuraukseen muo dostuu korkealla sulavien aineosien muodostama jatkuva kalvo. Muuraus suoritetaan siten, että lämpösäteilyn vaikutuksesta tapahtuu kuonan jäähtyminen sisäpinnalla siten, että muodostuu ohut kasaumakalvo. Tämä suojaa myös muu-20 rausta suuttimien ympäristössä, jolle ei muodostu kasaumaa suojaväliaineen suoran vaikutuksen avulla.

Keksintöä esitellään tarkemmin esimerkkien avulla.

Esimerkeissä sovelletaan sulfidirikasteiden jatkuvaa hapetusta tulenkestäväksi vuoratussa reaktorissa, joka 25 on muodoltaan 4,50 metrin pituinen ja 1,80 metrin läpimittainen makaava sylinteri. Sulfidirikasteisiin sekoitettiin lisäaineita määrätyn, keksinnönmukaisen menetelmän soveltamiseen sopivan kemiallisen koostumuksen omaavien kuonien muodostamiseksi. Reaktori oli varustettu 3 kaksoisputki-30 suuttimella, joiden sisäputken läpimitta oli 10 mm ja pro- paani/happi-apupolttimella vaikuttamista varten sulatteen lämpötilaan riippumatta esiintyvistä kemiallis-metallurgi-sista reaktioista.

Esimerkeissä on tosin rajoituttu sulfidisten lyijy-35 rikasteiden hapettamiseen, kuitenkin ovat tällöin muodostu vat kuonat niiden lyijyoksidipitoisuuden vuoksi erittäin

It 5 68659 syövyttäviä kaikkien tekniikassa tunnettujen metallisten ja keraamisten materiaalien suhteen. Esimerkeissä esiteltyjä toimenpiteitä suuttimien ja reaktorin muurauksen suojaamiseksi voidaan siten soveltaa sellaisenaan useinden mui-5 den ei-rautametallipitoisten raaka-aineiden ja välituot teiden sulattamiseen, mukaanluettuna rikasteet, malmikivet, metallisyötöt, kuonat, pölyt ja lietteet, jotka sisältävät kuparia, nikkeliä, kobolttia, sinkkiä, lyijyä, tinaa, anti-monia tai vismuttia.

10 Kokeissaä käytettiin muun muassa seuraavan koostumuksen omaavia seoksia: 56,2 % Pb, 3,2 % Zn, 7,2 % FeO, 3,9 % CaO, 0,6 % MgO, 0,7 % A12C>3, 10,3 % SiC>2 ja 11,2 % S. Seokset sulatettiin säännöllisesti sellaisessa hapetus-potentiaalissa, että rikkiköyhän ( < 1 % S) metallisen 15 lyijyn ohella muodostui magneettipitoinen kuona, jonka lyijypitoisuus oli välillä 63 - 66 %. Muodostunut metallinen lyijy kerääntyi reaktorin pohjalle 200 mm paksuiseksi kerrokseksi ja poistettiin se aika ajoin, kun taas kuonan annettiin valua pois jatkuvasti.

20 Esimerkki 1.

Kuonan lämpötilan ollessa 1000°C käytettiin kaksois- putkisuuttimissa samalla hapen syöttömäärällä erilaisia määriä typpeä suojakaasuna. Kokeen (N:o 1) päätyttyä poistettiin suuttimet ja ne mitattiin: 25 Suutin Suojakaasun paine Suuttimen kuluminen Kulumisnopeus _baaria_mm_mm/h_ 1 5,2 35 2,3 2 6,9 14 0,9 3 8,4 0 0 30 Ilmeni, että kolmannen suuttimen suukappale oli peittynyt huokoisella, kartiomaisella kasaumalla, jonka korkeus oli 30 mm ja kannan läpimitta 50 mm ja joka muodostui 70 prosentista magnetiittia ja 30 prosentista erilaisia silikaatteja. Muurauksessa molempien muiden suuttimien suu-35 kappaleiden ympärillä oli suppilomaisia syöpymisjälkiä, joiden läpimitta oli 50 ja 100 mm vastaavasti ja joiden 68659 6 syvyys vastasi suuttimen kulumaa. Sitä vastoin kolmannen suuttimen ympärillä oleva muuraus oli täysin muuttumaton.

Esimerkki 2.

Kuonan ylikuumentamisen vaikutuksen tutkimiseksi 5 suoritettiin kolme koetta kuonan eri lämpötiloilla. Täl löin säädettiin suojakaasun virtausnopeudeksi esimerkissä 1 toisessa suuttimessa käytetty arvo (6,9 baarin typpipaine). Kokeen lopussa poistettiin jälleen suuttimet ja mitattiin: Koe Lämpötila Suuttimen kuluminen Kulumisnopeus 10 __mm_mm/ h_ 2 930 0 0 3 1000 14 0,9 4 1090 31 2,1

Ilmeni, että kokeen 2 jälkeen eivät kolme suutinta 15 eikä ympäröivä muuraus olleet syöpyneet. Suuttimien suu- kappaleiden edessä oli jälleen huokoiset, kartiomaiset magnetiitista ja silikaateista muodostuneet kasaumat, joiden korkeudet olivat välillä 20 - 35 mm ja pohjan läpimitat välillä 40 - 60 mm. Kokeissa 3 ja 4 esiintyi suuttimien 20 ympäristössä jo esimerkissä 1 esitettyjä syöpymisjälkiä.

Esimerkki 3.

Kahdessa seuraavassa kokeessa osoitettiin, että edellä esitetty suojausmekanismi suuttimia ja ympäröivää muurausta varten tapahtuu vain, jos käytetyn lietteen koostu-25 mus on sopiva. Tätä varten panostettiin reaktori peräkkäin puhtaalla lyijydioksidikuonalla (BpO) ja lyijysilikaatti-kuonalla, jonka likimääräinen koostumus oli 2BpO*SiC>2. Molemmissa kokeissa säädettiin kuonan lämpötila 930°C:een ja suuttimiin syötettiin happea ja tyypeä, jonka paine oli 30 6,9 baaria. Näissä kokeissa ei kuitenkaan käytetty rikas teen ja lisäaineiden muodostamaa seosta niin, että kuonan koostumusta ei muutettaisi. Pohjafaasiin ei siten lisätty myöskään metallista lyijyä. Kummassakaan kokeessa ei voitu muodostaa kiinteää kasaumaa suuttimien suukappaleisiin.

35 Sitä vastoin olivat kokeiden jälkeen suuttimet ja niitä ym päröivät muuraus lähes täysin tuhoutuneet: li 7 68659

Koe Kuona Suuttimen kuluminen Kulumisnopeus _min_mm/h _ 5 PbO 300 200 6 2Bp0-Si02 180 64 5

Esimerkki 4.

Seuraavassa kokeessa (koe n:o 7) osoitettiin, että suuttimen suukappaleisiin muodostuviin kasaumiin voidaan vaikuttaa helposti säätämällä suojaväliaineen painetta.

10 Tätä varten toimitettiin oleellisesti kokeen 2 olosuhteissa (lämpötila 930°C), kuitenkin kolmeen suuttimeen johdettiin suojakaasua hieman poikkeavissa paineissa: kun suuttimessa 1 pidettiin 6,7 baarin painetta ja suuttimessa 2 7,1 baarin painetta vakiona, syötettiin suuttimeen 3 kymmenen minuutin 15 välein välillä 6,7 - 7,1 baaria jaksottain vaihtelevassa paineessa olevaa typpeä. Kokeen jälkeen eivät suuttimet eikä niitä ympäröivä muuraus olleet syöpyneet, suuttimien suukappaleisiin oli kuitenkin muodostunut aivan erilaisen koon omaavat kasaumat: 20 Kartiomaisen kasauman koko

Suutin Typen paine korkeus kannan läpimitta _baaria_mm_mm_ 1 6,7 10 30 2 7,1 50 80 25 3 6,7 - 7,1 30 50

Ilmeisesti muodostuu sopivissa ja vakiollisissa olosuhteissa lämpötilan, suojaväliaineen paineen, kuonan koon ja geometrian suhteen suukappaleessa terminen tasapaino niin, että muodostuu määrätyn muodon ja koon omaavia 30 huokoisia kasaumia.

Esimerkki 5.

Viimeisessä koesarjassa osoitettiin, että metallisen pohjafaasin paksuudella on merkitystä kasaumien muodostumiseen suuttimien suukappaleisiin. Tätä tarkoitusta varten 35 täytettiin kokeessa (n:o 8) reaktori pelkästään magneetti- pitoisella kuonalla, johon 930°C lämpötilassa puhallettiin happea ja typpeä (6,9 baaria). Rikasteen ja lisäaineiden 8 68659 panostusta ei suoritettu metallista lyijyä olevan pohja-faasin muodostumisen estämiseksi.

Seuraavassa kokeessa (n:o 9) muodostettiin 400 mm paksuinen lyijykerros lisäämällä etukäteen metallista lyijyä 5 ja pidettiin se vakiona panostamalla rikastetta ja lisä aineita sekä poistamalla valuttamalla metallia ajoittain. Tässä kokeessa käytettiin muutoin kokeen 2 olosuhteita (lämpötila 930°C, typpipaine 6,9 baaria).

Kokeiden jälkeen olivat suuttimet ja niitä ympäröi-10 vä muuraus tosin täysin säilyneet ennallaan, kuitenkin jälleen oli muodostunut erilaisen koon omaavia kasaumia:

Lyijykerroksen Kartiomaisen kasauman koko

Koe paksuus Korkeus Kannan läpimitta _mm_mm_mm_ 15 8 0 55 - 65 80 - 100 2 200 30 - 35 50 - 60 9 400 10 - 15 20 - 30

Jos siis halutaan muodostaa määrätyn muodon ja koon omaavia kasaumia, on otettava huomioon metallisen pohja-20 faasinpaksuus, mikäli se muodostuu matalassa lämpötilassa sulavasta metallista.

Esimerkkiä 4 vastaavasti, jossa ylläpidettiin 200 mm paksuista lyijykerrosta, voidaan kuitenkin suuttimien suu-kappaleisiin muodostuviin kasaumiin haitallisesti vaikutta-25 van metallisen pohjafaasin vaikutusta korvata suurentamalla suojaväliaineen painetta.

Keksinnön edut perustuvat siihen, että suuttimet ja niitä ympäröivä muuraus voidaan suojata yksinertaisella tavalla keamiallista vaikutusta sekä sulan nestemäisen 30 faasin kulutusta vastaan, suojakaasun tai suojanesteen määrä voidaan pitää minimaalisena ja siitä huolimatta saadaan sulatteeseen hyvä kaasun jakautuminen.

I!

Claims (5)

68659 Patenttivaatimukset.

1. Menetelmä runsaasti happea sisältävien kaasujen puhaltamiseksi ei-rautametalleja sisältävään sulaan kyl- 5 pyyn reaktorin seinämän lävitse sulatteeseen upotettujen kaksoissuuttimien kautta, jolloin jokaisen kaksoissuuttimen toisen suuttimen kautta puhalletaan suojakaasua tai suoja-nestettä jäähdytysaineena, tunnettu siitä, että suojaväliaineen määrää säädetään riippuvaisena kuonan 10 koostumuksesta ja kuonan lämpötilaerosta jähmettymispis- teessä siten, että toisaalta suuttimiin muodostuu kasaumia ja toisaalta kasaumat eivät ylitä haluttua paksuutta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuonan koostumusta ja lämpö- 15 tilaa säädetään siten, että jo vähäisessä kuonan paikalli sessa jäähtymisessä suuttimilla korkeassa lämpötilassa sulavien - alkuaan kuonaan liuenneiden - aineosien kiteytymis-lämpötila alitetaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että suuttimien kautta puhallettu jen kaasujen vastavaikutusta säädetään siten, että riippumatta reaktorin pohjalla olevan metallikylvyn kerroskorkeudesta kuonaa ja metallia oleva emulsio saavuttaa suuttimet.

4. Jonkun patenttivaatimuksista 1-3 mukainen 25 menetelmä, tunnettu siitä, että kasaumien paksuus muodostetaan haluttuun arvoon säätämällä sulatteeseen vir-taavan suojaväliaineen ja/tai runsaasti happea sisältävän kaasun paineenkasvua alkuperäiseen arvoon verrattuna.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että paineen haluttua arvoa sääde tään pitämällä paine vakiona.