HUT59445A - Process for producing ferroalloys - Google Patents

Description

KIVONAT

Az eljárás során

- ötvözőfémet tartalmazó anyagot és folyasztószert fúvatunk be vasat vagy vastartalmú anyagot tartalmazó olvadékfürdőbe,

- oxigéntartamlú gázt és szénszeru anyagot fúvatunk a fürdőbe és/vagy a fürdő fölötti térbe

- gázt fúvatunk be, és evvel, valamint a fürdőben keletkezett reakciógázokkal a fürdő fölött átmeneti zónát alakítunk ki,

- az ötvözőfémet tartalmazó anyag, a folyasztószer, az oxigéntartalmú gáz és a szénszerű anyag befúvatását olyan sebességgel végezzük, hogy a fémet tartalmazó anyag és a folyasztószer beépüljön a fürdőbe és ott az oxidáció/redukció arány meghatározott értékű legyen,

- az ötvözőelemet redukáljuk és fémfázisba visszük vagy oxidáljuk és a salakfázisba visszük, végül

- az ötvözőfémet kinyerjük, ahol a találmány szerint az átmeneti zónába a reakciógázok és befúvatott gáz által a fürdőből kilökött fém részeket vezetünk.

A‘

Képviselő:

KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNY

MAOg : C2-XC 3s7oo

C2.2.& S/4O

DANUBIA SZABADALMI ÉS VÉDJEGY IRODA Kft.,

Budapest

ELJÁRÁS FERROÖTVÖZETEK ELŐÁLLÍTÁSÁRA

Elsőbbsége (PJ 4546)

Aud Bt gálába ΑΌ

1989. 06. 02

A nemzetközi közzététel száma: WO 90/15165

72985-6435 Er/An

-2A jelen találmány tárgya eljárás ferroötvözetek előállítására, amelynek során ötvözőfémet tartalmazó anyagot és folyasztó szert fuvatunk be vasat vagy vas tartalmú anyagot tartalmazó fémolvadékba.

A jelen szabadalmi leírásban ferroötvözeteken ferrokrómot, ferromangánt, ferronikkelt és ferrovanádiumot értünk. Ennek megfelelően, amikor ötvözőfémeket említünk, az krómot, mangánt, nikkelt és vanádiumot jelent. Ugyanígy értelmezendők az ötvözőfémet tartalamazó ércek és az ötvözőfémet tartalmazó anyagok kifejezések is. Ez utóbbi bővebb kifejezés magában foglalja az ötvöző fém tartalmú érceket vagy koncentrátumokat, illetve az előmelegített ötvözőfémet tartalmazó érceket vagy koncentrátumokat, továbbá az előhevített és előredukált ötvözőfémet tartalmazó ásványokat vagy koncentrátumokat. Általában a leginkább alkalmazott ötvözőfém króm és a találmányt részletesen ismertető kiviteli példában is króm ötvözőt mutatunk be.

Ferrokrómot vagy betétkrómot a hagyományos ipari előállítás során elektromos ívkemencében készítenek. A krómércet, redukálóközeget és folyasztószert folyamatosan adagolják az olvasztó kemencébe. Ha azonban a betétanyag túlságosan finomszemcsés, az olvasztókemence üzemi körülményei romlanak és jelentős krómveszteség állhat elő. Ezért finomszemcsés anyagokat az ilyen kemencékbe nem adagolnak be, illetve beadagolás előtt agglomerátumot készítenek. Adott esetben az érc és a redukálóközeg agglomerátumát előmelegítik és/vagy előredukálják, mielőtt a villamos ívkemencébe vezetik. A fi nomszemcsés anyagok agglomerálása a bevezetés előtt pelletezéssel vagy magas hőmérsékletű megömlesztéssel történhet.

A villamos olvasztókemencébe az energiabevezetés az adagba merülő karbon elektródákkal történik. Az ércek és a karbon elektródák közötti reakcióból származó gázok fölfelé áramlanak és az adag felszínéről kilépnek.

Az ilyen olvasztókemencék gyakran vízhűtéses ernyővel vannak ellátva és az ernyőn lévő nyílásokon át vezetik be az elektródát, valamint az alapanyagot. Az ernyő az üzemelés során összegyűjti a felszabaduló gázokat, amelyek jelentős mennyiségben tartalmaznak szénmonoxidot. Ezt a későbbiekben tüzelőanyagként lehet felhasználni. Bizonyos esetekben az olvasztókemencét ernyő nélkül használják és a gázokat a helyszínen elégetik.

Ahhoz, hogy az olvasztókemencét megfelelő hatásfokkal lehessen működtetni, a beadagolt anyagok pontos mérése és adagolása szükséges. A reakciózóna feletti anyag célszerűen porózus, annak érdekében, hogy a felszabaduló gázok könnyen eltávozhassanak. Ezen túlmenően a betétet alkotó anyagokat olyan arányban kell bevezetni, hogy szabadon lesüllyedhessenek a kemencében anélkül, hogy boltozódás állna elő. Általában túl nagy szemcsenagyságú vagy szemcsenagyság tartományú anyagokat nem használnak, mert ezek kezelése nehézkes és boltozódási problémákat okozhatnak, és az ilyen anyagok villamos ellenállása is túlságosan nagy lehet. Mindazonáltal a túl kicsi szemcsenagyság sem engedhető meg a keverékben, a korábban említett okokból (gázfelszabadulás, alacsony poro-4 zitás és boltozódás).

A folyékony salakot és az ötvözeteket a kemencéből csapolónyíláson át távolítják el, folyamatosan vagy szakaszosan. A salakot az ötvözettől dekantálással, lehúzással vagy az öntőüst fenekén történő leeresztéssel lehet elválasztani. A kapott ferrokróm terméket ezután kokillákba öntik.

Jóllehet a ferrokróm előállítására a fent leírt eljárás terjedt el, a megoldásnak számos hátránya van. Előszöris az olvasztáshoz szükséges energia teljes egészét vagy döntő részét elektromos energia szolgáltatja, ami az egyik legdrágább energiaforma. Másrészt a redukálás feltételeit többnyire koksszal biztosítják. A koksz azonban meglehetősen költséges redukálóközeg és egyre nehezebb beszerezni, minthogy a világ kokszolható szénkészlete csökken és a környezetvédelmi előírások is egyre több korlátot szabnak a kokszoló kemencék működésének. Ezen túlmenően a betétanyagra vonatkozó szemcsenagyság korlátok kizárják az olcsó finomszemcsés ércek alkalmazását.

Ferroötvözetek (beleértve a ferrokrómot) előállításának egy alternatív technológiája a karbotermikus plazmaolvasztó kemence. Az ebben végzett olvasztásnak az ívkemencében történő előállításhoz képest számos előnye van:

az eljárás során igen jól használhatók a finomszemcsés anyagok;

redukálóanyagként nem szükséges kokszpor alkalmazása, egyéb anyag vagy szemcsés koksz is megfelelő;

állandó minőségű és homogén kiindulási anyag nem • ·

-5alapkővetelmény;

a salak összetételét a villamos ellenállástól függetlenül lehet megválasztani és ily módon olyan optimális salakösszetétel alkalmazható, amely minimalizálja a fémveszteséget;

az eljárás szabályzása lényegesen javítható, mivel a technológia nem olyan érzékeny a kiindulási anyag tulajdonságaira, mint a korábbi megoldásoknál és végül a plazmakemence lényegesen csendesebben működtethető.

Mindazonáltal a fenti előnyök ellenére is a plazmaolvasztási eljárás még rendelkezik azzal a komoly hátránnyal, hogy az olvasztáshoz szükséges teljes energia a költséges villamosenergia formájában szükséges.

Annak érdekében, hogy a ferrokrómok előállításának költségeit csökkentsék, számos eljárást javasoltak, amelyek az elektromásságtól eltérő energiát használnak az olvasztáshoz .

A 4 565 574 számú USA szabadalom például olyan eljárást ismertet magas krómtartalmú ötvözetek redukciós olvasztással történő előállítására, amelyben őrölt kokszot és krómtartalmú ércet pelleteznek és szárítanak. A pelleteket ezután forgó csőkemencébe töltik, ahol hevítést és részlegesen redukciót végeznek. További kokszot és mészkő folyasztószert adagolnak a forgó csőkemencében történő áramlás egy része alatt, annak érdekében, hogy javítsák a pelletek redukciós viszonyait és előmelegítség a kokszot, továbbá kalcinálják a mészkövet.

-6A fenti szabadalomban ismertetett eljárás szerint a csőkemencében alkalmazott maximális hőmérséklet meghaladja

az 1400	C°-ot. Kibocsájtáskor az előredukált pelletet, kok-
szót és	folyasztószert a csőkemencéből a redukciós olvasztő-
kemence	felső részén lévőn surrantóba adagolják. Az olvasztó
kemence	felépítése hasonló egy acélgyártó konverteréhez: ál-
tálában	négy fenékfuvókát tartalmaz oxigénbefuvatás céljára

és a fuvókákat propángázzal védik, míg egy fölülről bebocsátott fuvatólándzsán keresztül ugyancsak oxigénsugarat vezetnek az olvadékba. Annak érdekében, hogy a salak és a fémfázisok hőmérséklete, valamint az oxidáció mértéke megfelelően szabályozható legyen, az oxigént mind fölülről, mind alulról

be kell	juttatni a fémfürdőbe és ezzel egyidejűleg kell a
kokszot	az edényben lévő olvadék tetején lévő salakba vezet-

ni.

Az	érc olvasztása adagonként, két lépésben történik.
Először	1580 és 1630 C°-os konverter hőmérséklet mellett

bevezetik az előmelegített pelletet, kokszot és folyasztószert a konverterbe, és közben mind felülről, mind alulról oxigént fuvatnak be. A második lépcsőben folyasztószert és ércet nem adagolnak, az oxigénbevezetést fokozatosan csökkentik annak érdekében, hogy a salak krómtartalmát minimálisra lehessen csökkenteni. Mindazonáltal ebben a fázisban is jelentős mennyiségű kokszot kell beadagolni a konverterbe, hogy a salakban és a fémfázisokban az oxidációt megfelelően lehessen szabályozni. Ezután a salakot és a fémet eltávolítják a konverterből.

-ΊΑ konverterben lévő fürdő fölötti éghető gázok legalább 30 %-át el kell égetni egy fölülső oxigénbefuvató lándzsa segítségével, ha a felhasznált karbon tartalmú anyagok és a koksz jó kihasználását akarjuk biztosítani. Ugyanakkor azonban 50 %-nál nagyobb mennyiség elégetése nem kívánatos, mert S0_x és NO_X keletkezik.

Jóllehet a szabadalmi leírásban erős keverést említenek, a keverés intenzitásának korlátot szab az olvasztó kemence bélésének korróziója. A nagyon intenzív keverés esetében is ugyanis a salak mozgása tönkreteszi a bélést. A keverés intenzitása akkor optimális, ha a fürdő hőmérséklete egyenletes.

Egy másik hasonló eljárást ismertet az 58-117 852 számú japán szabadalom. Ennél az eljárásnál krómtartalmú ércet adagolnak vasolvadékba egy ugyancsak alul és felül befuvatólándzsákkal ellátott konverterbe. Az olvadék felszínére finom krómércet, folyasztószereket és kokszot adagolnak, miközben az oxigént a fölülről bevezetett befuvatólándzsán keresztül kismértékben juttatnak az olvadék felszíne alá. A salak felszínén úszó kokszot ez az oxigén részben elégeti, a maradék koksz pedig a salakba kerül, az oldalsó fuvókákon bevezetett oxigén és nitrogén, valamint az alulsó fuvókákon bevezetett nitrogén által okozott salakmozgás következtében. A gázbevezetés által okozott cirkuláció olyan hőáramlást tesz lehetővé a fémolvadékban és a salakban, amelynek következtében a koksz redukálja a krómoxidot a salakban.

A szilárd adalékanyagot a konverterbe az olvasztási • · ·

-8szakaszban adagolják be. Ezután egy befejező redukáló szakasz következik, amelynek során nem adagolnak be szilárd anyagot, és az oxigént is csak az olvadék felületére fuvatják. Ebben a redukáló szakaszban csökken a salak krómtartalma és itt áll elő a 20-32 % krómtartalmú rozsdamentes krómacél ötvözet.

Jóllehet ezen eljárás során nem használnak az olvasztáshoz villamosenergiát és felhasználhatók finomszemcsés ércek is, darabos koksz beadagolása és minden adaghoz vasolvadék bevezetése is szükséges. Ezen túlmenően csak kis krómtartalmú ötvözetek előállítására alkalmas, tehát nem használható ötvözés céljára szolgáló ferrokróm ötvözetek előállítására.

Az 59-107 011 számú japán szabadalom egy további hasonló eljárást ismertet. Itt a krómtartalmú ércport előredukálják, majd csőkemencébe vezetik levegővel vagy oxigénben dúsított levegővel együtt. Szilárd redukálóanyagként darabos kokszot használnak és ezt az olvasztókemence tetején adagolják be. A befuvatott ércpor megolvad a befuvató fuvókák közelében és színfémmé redukálódik, amint keresztülcsöpög a koksz ágyon. A kemence forró redukáló zónáját növelni lehet, ha szenet és oxigéntartalmú gázt vezetünk az olvasztókemencébe egy második fuvókasoron át, amely az ércbevezető fuvókák alatt van elhelyezve.

A salakot és a ferroötvözetet az olvasztókemence alján csapolják. A salakok krómtartalma 6 %-nál kevesebb és 8-50 % krómtartalmú ötvözeteket lehet előállítani. Jóllehet az el• ·« · · · • · · · · ··· ··· ··

-9járáshoz nem szükséges villamosenergia, a darabos koksz alkalmazása nélkül az eljárás nem működtethető.

Általában az ilyen megoldások főbb problémái a következők:

a finomszemcsés ércek közvetlen felhasználásának nehézkessége a drága koksz felhasználási igénye az ugyancsak drága villamosenergia igény az olvasztáshoz a salak és a fém fázisok oxidációs folyamatainak együttes szabályzása és a kémiai energia (redukáló potenciál) és az olvasztóedényben keletkezett gázok által termelt hő felhasználhatóságának korlátozott volta.

Jóllehet az ismert eljárások mindegyike kínál valamelyik részprobléma megoldására lehetőséget, egyikük sem alkalmas arra, hogy egyidejűleg kiküszöböljék a fent említett nehézségeket.

Ugyancsak ismert olyan eljárás, ahol fémolvadékot képeznek és a fémolvadék nagyrészt vasból, vasoxidból és salakképző anyagokból áll, és ahol a vasoxidokat közvetlenül fémvassá lehet redukálni. Az egyik ismert eljárás szerint energiaforrásként karbontartalmú anyagot fuvatnak be hordozógázzal és védőgázzal a fürdőbe. Itt a tüzelőanyag legalább egy része elég és a keletkezett reakciógázok végzik a fürdő keverését, miközben fémolvadék jut a fémfürdő fölött kiala• · · · • · · · · · •·· ··· · « · • · · · · ··· ··· ♦·· ·· kuló átmeneti zónába. Oxigéntartalmú gázt is befuvatnak gázsugár vagy gázsugarak formájában a fürdő felszíne alá. A befuvatott gáz elég a fürdőből felszabadult reakciógázokkal együtt és a keletkező gázok az átmeneti zónában lévő fém részecskékkel ütköznek, amikoris az utóégés során felszabaduló energia átadódik a fémolvadékból az átmeneti zónába.

A jelen találmánnyal olyan eljárás kidolgozása a célunk ötvözőfémet tartalmazó anyag, például krómtartalmú anyag olvasztással történő előállítására, amellyel elkerülhető villamosenergia felhasználása az olvasztáshoz és amelyhez nem szükséges darabos vagy agglomerált ötvözőelem tartalmú anyag. A találmány szesrinti eljárással előállított krómtartalmú anyag lehet rozsdamentes nyersacél vagy krómtartalmú előötvözet.

A jelen találmánnyal célunk továbbá a darabos koksz felhasználásának csökkentése, illetve kiküszöbölése és az olvasztóedényben keletkező gázok kémiai energiatartalmának jobb hatásfokú felhasználása, továbbá a salak és a fém fázisok oxidációjának az eddigieknél jobb szabályzása.

Találmányunk alapját az a felismerés képezte, hogy egy főleg vasat tartalmazó fémolvadék felhasználható ferroötvözetek, például ferrokróm előállítására, amikoris finomszemcsés ötvözőfémet tartalmazó anyagot lehet a fürdőbe juttatni előzetes agglomerálás nélkül és ugyanakkor megfelelő redukáló környezet hozható létre az olvasztókemencében, gyakorlatilag koksz alkalmazása nélkül.

A kitűzött feladatott olyan eljárással oldottuk meg, • · ·· · · ··· ··» « · » • ··· 9 ··· ··♦ ··· ·· —11— amelynek során

a) ötvözőfémet tartalmazó anyagot és folyasztószert fuvatunk be vasat vagy vastartamú anyagot tartalmazó fürdőbe,

b) oxigéntartalmú gázt és szénszerű anyagot fuvatunk a fürdőbe és/vagy az fürdő fölötti térbe,

c) gázt fuvatunk be a fürőbe és evvel, valamint a fürdőben keletkezett reakciógázokkal a fürdő fölött átmeneti zónát alakítunk ki,

d) az ötvöző fémet tartalmazó anyag, a folyasztószer, az oxigéntartalmú gáz és a szénszerű anyag befuvatását olyan sebességgel végezzük, hogy a fémet tartalmazó anyag és a folyasztószer beépüljön a fürdőbe és az oxidáció/redukció arány meghatározott értékű legyen,

e) az ötvözőelemet redukáljuk és a fémfázisba visszük vagy oxidáljuk és a salakfázisba visszük, végül pedig

f) az ötvözőfémet kinyerjük, ahol a találmány szerint a reakciógázok és a befuvatott gázok által a fürdőből kilökött fémrészecskéket az átmeneti zónába vezetjük.

A találmány szerinti eljárás során célszerűen előmelegített anyagot vezetünk a fürdő fölötti térbe és a fürdőt 1300-1900 C°, előnyösen 1400-1800 C°, optimálisan 1500-1700 C° hőmérsékleten tartjuk.

A fürdő fölötti térbe egy célszerű foganatosítási módnál oxigéntartamú gázt vezetünk és a fürdő fölötti térben lévő gáz CO és H tartalmának 40-60 %-át utóégetjük.

A fürdőbe fuvatott szénsezrű anyag lehet antracit vagy »·*·«·«· · ·· • · ·· Λ · ··· ··· * · · • · · · · ··· ··· ·· · · · —12 — kőszénkátrány.

A Lefúvatott oxigéntartalmú gáz adott esetben levegő, amelyet a 800-1300 C° hőmérsékleten előmelegítünk és az átmeneti zóna fölé fuvatunk be. Az előmelegítést célszerűen 1100-1300 C°-ra végezzük és a gázt célszerűen perdülettel fuvatjuk be, majd az átmeneti zóna fölé vezetjük. Az oxigéntartalmú gázsugarat a fürdő nyugalmi szintjéhez képest előnyösen 10-90 °-os, célszerűen 30-90 °-os szögben fuvatjuk be.

Az oxigéntartalmú gázt az átmeneti zónában előnyösen 30-200 m/sec sebességgel ütköztetjük a fürdő felületére és az átadott hővel a reakciógázokat utóégetjük.

A fürdő karbontartalmát célszerű 3-12 % értéken tartani és az ötvözőfémet ötvözet formájában kinyerni.

Ha az ötvözőfémet tartalmazó anyag fémtartama alacsony és az ötvözőfémet alacsony fémtartalmú ötvözetként nyerjük ki, az ötvözetből olvadékfürdőt kell készíteni, enyhén oxidáló fürdőben az ötvözőfémet oxidálni és ötvözőben szegény fémfázist, valamint ötvözőben gazdag salakfázist kialakítani, majd az ötvözőben szegény fémfázist eltávolítani és az ötvözőben gazdag salakfázist redukáló környezettel érintkeztetni, a salakban lévő ötvözőfém, valamint a vas oxidjait fémmé redukálni és végül az ötvözőfémet az ötvözőfémben gazdag ötvözet formájában kinyerni.

A találmány szerinti eljárással ötvözőfémet tartalmazó anyag nyerhető a fürdőből redukcióval, oly módon, hogy a koksz felhasználásának igénye jelentősen csökkenthető vagy ···< ί*4«

-13teljesen kiküszöbölhető.

A találmány szerinti eljárás során a fémek olvasztását nem elektromos energia segítségével végezzük. Ezen túlmenően az eljárás során pontosan szabályozható a fürdő oxigénpotenciálja, illetve a salak és a fémfázis krómtartalma.

Az eljárás során nyert fémtartalmú salakot tovább lehet kezelni és további ötvözőfém ötvözetet lehet nyerni.

A jelen leírásban a fürdő kifejezésen olyan olvadékot értünk, amely tartalmaz fémfázist és salakfázist, ahol a fémfázis főleg vasból áll.

A leírásban alkalmazott szénszerű anyag kifejezésen minden olyan karbon bázisú anyagot értünk, amely elégethető és az égés során elegendően magas hőmérsékletet szolgáltat. Ilyen anyagok például az antracit, a bitumenes vagy szubbitumenes szén, lignit vagy barnaszén, nehéz párlatok, földgáz vagy sülőszén.

Megjegyzendő, hogy bár a találmány szerinti eljárás nem igényel kokszot vagy kátrányt, az eljárás kielégítően lefolytatható, ha ezeket használjuk szénszerű anyagként. A lignit és barnaszén, kátrány származékai ugyancsak használhatók .

Ugyancsak a találmány szerinti eljárás körébe tartozik az az eset, ahol a fürdőbe bizonyos arányban ötvözőfémet tartalmazó hulladékot és/vagy üzemi reszeléket adagolunk. Természetesen ilyen anyagokat be lehet adagolni agglomerált állapotban is.

A leírás során alkalmazzuk az oxigéntartalmú gáz ki···**··« · ·· » · ·♦ » * «·« ··· « · « • · · » · ··· · ·· ··« *·

-14fejezést is, ami jelenthet tiszta oxigént vagy olyan oxigént tartalmazó gázt, mint például a levegő vagy oxigénben dúsított levegő.

Megjegyzendő, hogy a felhasznált szén nagy energiát szolgáltató égetése az éghető gázok felhasználásának köszönhető. Ezek a gázok a fürdőből származnak és a fürdő fölött gyűjthető össze. Az utóégetés során az energia jelentős része visszakerül az olvadékba, anélkül, hogy ismét oxidálná a fém- vagy a salakfázisokat.

A találmány szerinti eljárás során az ötvözőfémet tartalmazó anyagot a fürdőbe lehet vezetni, például az ernyőn keresztül történő befuvatással vagy a fürdő felszíne alatt elhelyezett fuvókákon keresztül. Természetesen alkalmazható a fölülről és oldalról történő befuvatás egyidejűleg is. Az ernyőn keresztül történő befuvatást ugyanazokon a fuvókákon keresztül lehet végezni, amelyeken keresztül az oxigéntartalmú gáz bevezetése történik. Hasonlóképpen történhet a folyasztószerek és bármilyen szénszerű anyag befuvatása. Igen előnyösnek bizonyult a befuvatást az ernyőn keresztül akkor végezni, amikor az adag forró.

Az oxigéntartalmú gázt a fürdő fölötti térbe is be lehet vezetni. Mindazonáltal, ha az oxigént tartalmazó gázt a fürdőbe is bevezetjük, a gyors redukció és a szénszerű anyagokkal történő reakció érdekében, a befuvatást olyan lándzsákon keresztül kell végezni, amelyek jól elviselik az igen nehéz körülményeket, például hűtéssel és földgázárnyékolással ellátott lándzsákat célszerű alkalmazni. Ha oxigén···♦ ···« • · ·· · · «·· ··· · · # « W · · · ··· ··« ·*· ··

-15tartalmú gázként levegőt használunk, célszerű előmelegített levegőt befuvatni. Az előmelegítés előnyösen 1200 C° hőmérsékletre történik, annak érdekében, hogy elkerüljük a túl nagy szénfogyasztást.

A fürdő hőmérsékletét azért célszerű a már említett 1300-1900 C° hőmérsékleten tartani, hogy megfelelő redukció sebesség alakuljon ki. A találmány szerinti megoldás fontos tényezője, hogy folyékony salakot használunk, amihez a fürdő hőmérséklete általában lényegesen nagyobb kell legyen, mint az ismert vasgyártási eljárások során a fémolvadék hőmérséklete.

A találmány szerinti megoldás azonban meglepő módon viszonylag alacsony hőmérsékleten, például a vasgyártás hőmérsékletén már működik, ahol tulajdonképpen a salak megszilárdul, feltéve, hogy megfelelő mértékű gázbefuvatást végzünk az edény fenékrészén át és így fenn tudjuk tartani az átmeneti zónát a fürdő felszínének legalább egy részén. Ilyen körülmények között a salakot mechanikus eszközökkel lehet eltávolítani, vagy pedig a csapoláskor a salak hőmérsékletét oly módon kell megemelni, hogy folyékonnyá váljék.

A találmány szerint úgy kell szabályozni a fürdőbe adagolt szénszerű anyag mennyiségét, hogy a fémolvadék karbontartalma 3 és 12, előnyösen 4 és 9 % között legyen. Fontos, hogy az oldatban lévő karbontartalom a fürdőben magasabb legyen a hagyományos vasgyártó eljárásoknál szokásos értéknél. Ügy találtuk, hogy például a króm tartalmú anyagok redukciója lényegesen nagyobb kinetikai korlátokkal rendelkezik, *·«· ···· • · V0· ·«· • · ··· ·'«

-16mint a vasoxid anyagok redukciója. A találmány szerint éppen ezeket a megfelelő redukáló feltételeket kell az olvadékban előállítani ahhoz, hogy az ötvözőfémet tartalmazó olvadékból ferroötvözetet tudjunk gyártani, az említett magas karbontartalom mellett.

A fürdő fölött lévő szénmonoxid és hidrogén elégetését legalább 40-60 %-ban el kell végezni. Az utóégetés lényegében a fürdőt elhagyó szénmonoxid és hidrogén elégetése a fürdő fölötti térben, az ide bevezetett oxigéntartalmú gáz segítségével.

A salakba célszerű folyasztószereket adagolni a megfelelő olvadáspont és folyékonyság elérése érdekében. Ugyancsak a folyasztószerek feladata, hogy csökkentsék vagy minimalizálják a salak habzását is. Ezen túlmenően a folyasztószerekkel lehet szabályozni az ötvözőfém mennyiségét a salakban és/vagy az ötvözetben.

A találmány szerinti eljárást végezhetjük folyamatosan vagy szakaszosan. A folyamatos eljárás során a salakolvadékot és a fémet ugyancsak folyamatosan vagy szakaszosan lehet eltávolítani.

A találmány szerinti eljárás egy célszerű foganatosítási módjánál, amikor az ötvözőfémet tartalmazó anyagban az ötvözőfém/vas arány elég magas, magas ötvözőfém tartalmú ferroötvözet nyerhető és például betétkróm állítható elő oly módon, hogy további technológiai lépések egyáltalán nem vagy csak igen kis mértékben szükségesek.

A találmány szerinti eljárás egy másik foganatosítási — 17 — módjánál erősen ötvözött fémet tartalmazó anyagot alkalmazunk és az eljárást szakaszosan végezzük. Ennél a megoldásnál az ötvözőfémet tartalmazó anyagot az eljárási ciklus teljes idejének csak egy részében adagoljuk be. Az olvasztás maradék idejében redukáló feltételeket biztosítunk a fürdőben anélkül, hogy anyagot adagolnánk. Ily módon redukáljuk a salakban lévő ötvözőfém tartalmat igen alacsony szintre. Miután a salakredukciós szakasz befejeződött, a salakban csak igen kevés ötvözőfém marad, s így a salak eltávolítható. Ezen túlmenően az ötvözőfémnek a fémfázisből történő kinyerése is könnyebb és például betétkróm minőség is előállítható.

Egy további foganatosítási mód szerint az ötvöző fém/vas arány az ötvözőfém tartalmú anyagban igen alacsony és nem lehet közvetlenül betétkrómot előállítani. Ennél a változatnál további kezelési lépések szükségesek. Ezeket a további lépéseket el lehet végezni ugyanabban az edényben vagy más edényt lehet erre a célra használni. Ha ugyanazt az edényt használjuk, az eljárást szakaszosan lehet csak végezni. Egy ilyen eljárás a következő lépéseket tartalmazhatja:

a) Megolvasztjuk az ötvözőfémet tartalmazó anyagot a korábbiakban ismertetett módon és így alacsony ötvözőfém tartalmú ötvözetet és elvezethető salakot nyerünk.

b) Növeljük a fürdő oxigénpotenciálját és enyhén redukáló feltételeket biztosítunk, aminek következtében a fém fázisban lévő ötvözőfém jelentős része oxidálódik és az ötvözőfém átkerül oxidfázisként a salakba. Az oxidáció mérté-

-18két és időtartamát korlátozzuk, hogy a salakba kerülő oxidált vas mennyisége behatárolt legyen. Ily módon a vastartalom legnagyobb része a fémfázisban marad és az ötvözőfém átkerül a salakfázisba, ahol az ötvözőfém/vas arány elegendő ahhoz, hogy például betétkróm ferroötvözetet nyerjünk a következő további lépésekkel:

c) elválasztjuk az ötvöző fémet tartalmazó fémfázist a salaktól és

d) az ötvözőfémet tartalmazó salakot redukálóközegbe helyezzük, ahol az ötvözőfém és a vas legnagyobb részét színfémmé redukáljuk és ily módon ferrokróm ötvözetet és salakot nyerünk. Folyasztószerek beadagolásával a salak kedvező tulajdonságai ebben a szakaszban fenntarthatok.

A találmány szerinti eljárás egy további foganatosítási módjánál az ötvözőfém/vas arány az ötvözőfémet tartalmazó anyagban túl alacsony ahhoz, hogy közvetlenül betétkrómot állítsunk elő. Ebben az esetben a következő lépéseket kell lefolytatni:

a) Enyhén redukáló fürdőt hozunk létre és viszonylagosan több vasoxidot redukálunk, mint ötvözőfém oxidot.

b) Elválasztjuk az ötvözőfémet tartalmazó fémfázist az ötvözőfémet tartalmazó salaktól (a fémfázis eladható termék) .

c) Az ötvözőfémet tartalmazó salakot redukáló közegbe helyezzük és itt a vas, valamint az ötvözőfém legnagyobb részét fémmé redukáljuk és például ferrokróm ötvözetet, valamint salakot állítunk elő. Itt is szükséges lehet folyasztó-

-19szerek adagolása a megfelelő salaktulajdonságok biztosítására. Ez a salakredukciós lépés ugyancsak végezhető abban az edényben, amelyet az eredeti olvasztásos redukcióhoz használtunk, feltéve, hogy elegendő fémfázis maradt a salakkal együtt az edényben.

A fentiekben említett enyhén redukáló kifejezés természetesen viszonylagos. Azt jelenti tulajdonképpen, hogy a fürdő oxidációs potenciálját növeltük a redukálónak nevezett fürdőhöz képest.

A találmány szerinti eljárás egy további változata segítségével előállítható nyers rozsdamentes acél, 10-32 % krómtartalommal is.

Az eljárás során a kemencébe adagolt betét ötvözőfémet tartalmazó anyaga lehet finomszemcsés vagy darabos, pellet vagy érc, illetve olyan koncentrátum, amely folyasztószert és/vagy redukálóanyagot is tartalmaz. Az anyagot a kemencébe be lehet adagolni nyers állapotban, szárítva, előmelegítve, illetve részben előredukálva. Az anyag hőmérséklete lehet meleg, amikoris ily módon az előmelegítésből származó energia jelentős része bevihető. Végezhető azonban az eljárás szobahőmérsékletű anyagok alkalmazásával is.

Gazdaságossági szempontból célszerű lehet, hogy a szénszerű anyagot a fürdőbe antracittal vagy bitumenes szénnel visszük be. Az eljárás különleges előnye, hogy ilyen redukálóközegek is alkalmazhatók. A szénszerű anyagokat normál általános esetben fuvókákon át adagoljuk be inért hordozógáz, például nitrogén segítségével. Oxigént tartalmazó gázt, pél-

• · ·

-20dául levegőt is lehet befuvatni fuvókákon át a fürdőbe és a redukálógázt, például földgázt ugyanezeken a fuvókákon lehet bevezetni, az oxigéntartalmú gáz körül és így a fuvókák védelme biztosított, minthogy megvédjük a túlzott felmelegedéstől a befuvatás környékén. A fenti anyagok befuvatása eredményeképpen a fürdőben lezajlik a szénszerű anyagok részleges elégetése, ami elegendő hőt szolgáltat az eljárás lefolytatásához és további reakciógázok keletkezését biztosítja. Ezek a reakciógázok a szénszerű anyagok és a védőgázok, illetve a semleges vagy viszonylagosan semleges hordozógázok elégetéséből keletkeznek. Megfelelő hordozógáz lehet az argon, nitrogén, szénmonoxid, széndioxid, hidrogén vagy vízgőz.

A fürdőbe befuvatott gázok energiája és a reakciógázoknak a fürdőből történő kiszabadulása a fürdő jelentős keveredését eredményezi. A fürdőből felszabaduló gázoknak a fürdő fölötti térbe történő bejutása során fémolvadék kerül a fürdőből a fürdő felszíne fölött lévő átmeneti zónába. Ha az anyagokat általában a fürdő fölött vezetjük be, mindenképpen szükséges bizonyos gázokat a fürdőbe bevezetni ahhoz, hogy a szükséges keveredés kialakuljon és elegendő fémolvadék kerüljön az átmeneti zónába, ahol ez a salak keveredését és a hőátadást biztosítja. Célszerűnek bizonyult, hogy ha az átmeneti zóna fölötti zónába az oxigéntartalmú gáz befuvatását 800-1200 C°-ra történő előmelegítés után végezzük. Különösen előnyös, ha az eljáráshoz szükséges oxigén legalább 60 %-át az átmeneti zóna fölött lévő fuvókákon át vezetjük be. A

-21fürdőből felszabaduló reakciógázok ekkor ebben a térben igen jól elégnek az oxigéntartalmú gázzal együtt. Az így keletkező gázok az átmeneti zónában folyamatosan ütköznek az idekerült olvadékkal és az utóégetés során létrejövő hő ily módon átadódik az átmeneti zónában lévő olvadéknak.

Ugyancsak célszerű, ha az oxigéntartalmú gáz befuvatása során perdületet biztosítunk a bevezetett gáz részére, mielőtt az átmeneti zóna fölötti térbe jut. A fürdőben felszabaduló reakciógázok ebbe a térbe kerülve elégnek a perdülettel rendelkező oxigéntartalmú gázsugarakkal együtt. Az így keletkező gázok ugyancsak jelentős mértékben ütköznek az átmeneti zónában lévő olvadékrészekkel és az utóégetés során keletkező energia átkerül az átmeneti zónában lévő olvadékba .

A perdület kifejezést a jelen leírásban az oxigént tartalmazó gázsugárral kapcsolatban alkalmazzuk és azt a jelenti, hogy az oxigéntartalmú gázsugárnak van egy olyan perdületi komponense, amely a gázsugár áramlási irányával párhuzamos tengellyel szöget zár be.

Ugyancsak célszerűnek bizonyult, hogy az oxigénttartalmazó gázt az átmeneti zóna fölötti térbe gyűrű alakú fuvókán vagy fuvókákon át vezetjük be.

Jóllehet a fuvókák üregesek és kúpos kialakításúak lehetnek, természetesen bármilyen egyéb formával is rendelkezhetnek. Ilyen forma lehet például a gyűrű alakú rés, vagy elipszis alakú rés, bármilyen egyéb görbe alakú fuvóka keresztmetszet, kúpos keresztmetszet, háromszög, négyszög, pa• · · · · · ··· ··· · · · • · · · · ·«· »· · · · · ··

-22ralelogramma vagy sokszög keresztmetszet.

Célszerű, ha az oxigéntartalmú gázt bevezető fuvókák a fürdő felszínével 10-90, célszerűen 30-90°-os szöget zárnak be.

A fürdőből felszabaduló reakciógázok elégetését célszerűen az átmeneti zóna fölötti térbe bevezetett oxigéntartalmú gázzal végezzük. Az utóégetett gázok ily módon 30-200 m/sec sebeséggel ütköznek az átmeneti zónában lévő olvadékrészekkel. Ennek következtében az utóégetés során keletkező hő átkerül az átmeneti zónában lévő olvadékba.

Megjegyezzük, hogy a fentiekben leírtak csupán példaképpen szolgálnak és a találmány szerinti eljárás a csatolt igénypontok által meghatározott oltalmi körön belül még számtalan formában megvalósítható.

Claims (20)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás ferroötvözetek előállítására, amelynek során

   - ötvözőfémet tartalmazó anyagot és folyasztószert fuvatunk be vasat vagy vastartalmú anyagot tartalmazó olvadékfürdőbe ,

   - oxigéntartamlú gázt és szénszerű anyagot fuvatunk a fürdőbe és/vagy a fürdő fölötti térbe

   - gázt fuvatunk be és evvel, valamint a fürdőben keletkezett reakciógázokkal a fürdő fölött átmeneti zónát alakítunk ki,

   - az ötvözőfémet tartalmazó anyag, a folyasztószer, az oxigéntartalmú gáz és a szénszerű anyag befuvatását olyan sebességgel végezzük, hogy a fémet tartalmazó anyag és a folyasztószer beépüljön a fürdőbe és ott az oxidáció/redukció arány meghatározott értékű legyen,

   - az ötvözőelemet redukáljuk és fémfázisba visszük vagy oxidáljuk és a salakfázisba visszük, végül

   - az ötvözőfémet kinyerjük, azzal jellemezve, hogy az átmeneti zónába a reakciógázok és befuvatott gáz által a fürdőből kilökött fém részeket vezetünk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy előmelegített anyagot vezetünk a fürdő fölötti térbe.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxigéntartalmú gázt a fürdő fölötti térbe vezetjük.

   • · · · V 4 ·
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fürdő 1300-1900 C° hőmérsékleten tartjuk.
5. 5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fürdőt 1400-1800 C° hőmérsékleten tartjuk.
6. 6. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fürdőt 1500-1700 C° hőmérsékleten tartjuk.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fürdőt fölötti térben lévő gáz szénmonoxid és hidrogén tartalmának 40-60 %-át utóégetjük.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fürdőbe fuvatott szénszerű anyag antracit vagy kőszénkátrány.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxigéntartalmú anyag levegő, amelyet 800-1300 C° hőmérsékleten előmelegítünk és az átmeneti zóna fölé fuvatunk be.
10. 10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a levegőt 1100-1300 C°-ra melegítjük elő.
11. 11. A 9. vagy 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxigéntartalmú gázt perdülettel fuvatjuk be és az átmeneti zóna fölé vezetjük.
12. 12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxigéntartalmú gázt a fürdő nyugalmi szintjéhez képest 10-90°-os szögben fuvatjuk be.

    ·♦«· ···* • · · · · · «·· ♦·« · · * • · · · · ··· ··« ··« ··
13. 13. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxigéntartalmú gázt a fürdő nyugalmi szintjéhez képest 30-90°-os szögben fuvatjuk be.
14. 14. A 12. vagy 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxigéntartalmú gázt az átmeneti zónában 30-200 m/sec sebeséggel ütköztetjük a fürdő felületére és az átadott hővel a reakciógázokat utóégetjük.
15. 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fürdő karbontartalmát 3-12 % értéken tartjuk és az ötvözőfémet ötvözet formájában nyerjük ki.
16. 16. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fürdő karbontartalmát 4-9 % értéken tartjuk és az ötvözőfémet ötvözet formájában nyerjük ki.
17. 17. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárást szakaszosan végezzük oly módon, hogy az ötvözőfémet tartalmazó anyagot a fürdőbe a ciklus idő egy részében adagoljuk, a ciklus másik részében pedig redukáló feltételeket alakítunk ki a fürdőben és a salak ötvözőfém tartalmát alacsony szintre redukáljuk, majd az ötvözőfémet ötvözet formájában nyerjük ki.
18. 18. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy

    - az olvadékban lévő ötvözetből fürdőt képezünk,

    - enyhén oxidáló fürdőben az ötvözőfémet oxidáljuk és ötvözőben szegény fémfázist, valamint ötvözőben gazdag salakfázist alakítunk ki,

    - eltávolítjuk az ötvözetben szegény fémfázist és

    -26V*·· ···· ♦ 9 • · ·« • · • · · · « ·

    - az ötvözőben gazdag salakfázist redukáló környezettel érintkeztetjük és a salakban lévő ötvözőfém, valamint a vas oxidjait fémmé redukáljuk és végül

    - az ötvözőfémet kinyerjük ötvözőfémben gazdag ötvözet formájában.
19. 19. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a

    - fémfázist eltávolítjuk a fürdőből, a salakfázist redukáló környezettel érintkeztetjük és oxidáljuk a salakban lévő ötvözőfémet és vasat, majd

    - kinyerjük az ötvözőfémet fémötvözet formájában.
20. 20. Az 1-19. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ötvözőfémként krómot alkalmazunk.