IT8212439A1 - Processo di affinazione della ghisa in convertitori ad ossigeno con aggiunte di materiali contenenti Carbonato Sodico - Google Patents

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L'oggetto della presente invenzione ? costitui-to da un processo di affinazione della ghisa in conver-j? ti tori ad ossigeno con aggiunte di materiali contenenti.

Carbonato Sodico?

I moderni processi di conversione; LD (BOP),

LD-AC, KALDO ecc, che impiegano il soffiaggio dell'ossigeno dall'alto, cos? come quelli nei quali l'ossigeno viene alimentato dal basso OBM (Q BOP), LWS, ecc. presentano limitazioni nei riguardi dell'efficienza

delle reazioni di desolforazione e di defosforazione.

Queste limitazioni, che consentono solo una

scarsa elim?minazione del Solfo e del Fosforo dal bagn(j> metallico, non consentono di far fronte, da una parte, alle richieste di acciai con elevate caratteristiche qualitative e meccaniche (ad esempio la tenacit?), e dall'altra, al peggioramento delle materie prime, soprattutto dei fossili, in termini di contenuto di Solfo e O<R >&A<??LETT >Fosforo; dato che, sotto la spinta dell'attuale orisi energetica, sarebbe opportuno utilizzare quelle dispo- 20 nibili, senza troppi vincoli.

Una recente tendenza a controbilanciare queste difficolt? ha portato ad introdurre, a monte ed a val ?? le del processo di fabbricazione dell'acciaio in convertitore, dei trattamenti, cio? dei nuovi processi ch(e 25 = coefficiente di trasporto di massa nel metallo J?(A) = coefficiente di trasporto di massa nella sccjria <[>? = concentrazione in peso nel metallo

? concentrazione in peso nella scoria

?<xi>)

= coefficiente di ripartizione

<?>7*

Q = quantit? di scoria

A * superficie di reazione

m = massa del bagno liquido

La quantit? di zolfo o fosforo trasportata dipende quindi, come si rileva dalla formula (1) da tre fattoci; 10 1 - la deviazione delle condizioni attuali del bagno dtt E quelle di equilibrio con la scoria misurata dal termine <

OS

O

2 - Dalla superf Hicie speci-fica at Wtrave/rsoicu*i avviene

> il trasporto di massa j A

m 10 3 - Dai coefficienti di scambio di massa:|^ ej? -^?? Una REcentissima tendenza, innovativa rispetto ai processi noti, che ha portato ad una serie di nuovi processi, si propone di migliorare il contatto delle fasi: scoria-bagno metallico, attraverso una intensificazioni

20 dell?agitazione, in modo da utilizzare pi? completamente le capacit? delle scorie di desolforare e di defo sforare ?

Esempi di nuovi processi sono quelli denominati LBE,

LD-OB, LEKG, LD-STB, LD-CL e quello denominato sof-25

- 5

ziato che il processo secondo la presente invenzione coinvolge, oltre che la parte relativa alla fabbricazic ne dell?acciaio in convertitore, che verr? diffusamente descritta nel seguito, anche gli impianti di raffreddamento e di trattamento dei fumi, di trattamento delle acque e dei fanghi, ecc?

Per illustrare in modo pi? approfondito le limitazioni dei processi di conversione attuali, i quali, con

s noto, si basano su scorie contenenti, come composti basici, principalmente?Riposti del Ca e del Mg, oltre quelli che si formano per l?ossidazione degli elementi t LxJ contenuti nel bagno metallico, come MnO, occorre consi- < OS

lerare la seguente relazione, che fornisce la quantit? O li materiale (S o P) trasportato nell?unit? di tempo

per unit? di volume.

<?>indice <n>i<H >si riferisce allo zolfo o al fosforo. Nei simboli che seguono le parentesi tonde si riferiscono

alla scoria e le parentesi quadre si riferiscono al ba*-metallico.

'in.

? M

<lt 4

-h nnrv

? [iH*J ?Uf CO- <a>

love

ni. = numero di moli trasportate dalla fase metallica <* >alla scoria

peso atomico dell'elemento 25 si inseriscono nel ciclo siderurgico? e che consentono la fabbricazione di prodotti di pi? elevata qualit? .

Solo in pochi casi si riesce ad utilizzarli per consentire anche vantaggi con l'approvigionamento di fossili

meno pregiati?

I trattamenti eseguiti sulla ghisa liquida permettono, in generale, la riduzione del contenuto di So^-fo, solo pi? di recente se ne stanno mettendo a punto altri che consentono anche la riduzione del contenuto di Fosforo. I trattamenti eseguiti a valle, cio? sull'oc?

10 ciaio, hanno in genere altri scopi, come la disossida E zione, il degasaggio, ecc. ma possono anche consentire <

0 la globulizzazione delle inclusioni di solfuri ed anchj oas l'abbassamento ulteriore del contenuto di Solfo e tal-> volta, anche di Fosforo. ft E' evidente che,>con l'aumentare dei processi elementari, alimenta anche la complessit? del ciclo produttivo ed in generale anche il costo di fabbricazione.

II processo secondo l'invenzione, permette di

20 non seguire la tendenza sopra indicata, ma di utilizzaj? re altre possibilit? della conversione con ossigeno,

fino ad oggi non ancora prese in considerazione e non attuate per la mancanza di opportune modalit? di realizzazione, adatte a processi industriali. Va eviden

che si ottiene dalla decomposizione dell^agCo^, possi^.

de elevate capacit? desolforanti e defosforanti; entrailibi i composti sono adatti ad essere impiegati in ambieikte ossidante. Considerato come costituente della scoria l?Na^O ha costante di equilibrio K relativa alle reazi<|> ni di desolforazione e defosforazione (Na+), molto ele-vata.

Il coefficiente di ripartizione {fij) del Sol|io e del Fosforo tra' scoria e bagno metallico dipende dai comj. posti costituenti la scoria attraverso le costanti di 10 equilibrio K,; dove col simbolo (j) si indica un costif t tuente basico della scoria. < Ci? si ricava dalla seguente espressione che ? O valida per la desolforazione; ^4

s _ ? (<H>o ?) ( <f>*s)

% P <(>f0 ? fi?

Essendo Kj<? >il valore delle singole costanti termodinamiche delle reazioni elementari, i valori di Kj riport

ti da R.G.WARD forniscono per i diversi ioni il potere

XI

desolforante relativo al Ca posto uguale a 1. In qu

20 sto confronto risulta che mentre F? , Mh , Bg hannjo un potere desolforante pi? basso di quelli del Ca ,

il potere desolforante dello ione Sodio risulta 1070

pi? elevato. . I Un primo obiettivo del processo rivendicato, ? que|l-25 fiaggio instazionario descritto nel brevetto italiano n? 968*129; in generale questi processi per migliorare il grado di completamento delle reazioni con la scoria ne; corso del soffiaggio, agiscono preferenzialmente sul termine dell<1>equazione di trasporto che rappresenta la su? perficie di scambio cio?: A

m

Detti processi consentono di ottenere contemporane?raente oltre al beneficio di una maggiore eliminazione dello S e del F dal baglio, anche una riduzione della quan-? tit? di ferro ossidata. Ci? in quanto gli stessi mecoa-f- 10 nismi del processo, ad elevata miscelazione, consentono di ridurre 1*ossidazione del ferro nella fase finalfe? < [Tuttavia in tutti i processi considerati la desolfora O zione e la defosforazione insieme alle altre reazioni > consegeenti alla ossidazione del Si e Mh, vengono svol 15 te da scorie contenenti ossidi basici come CaO e MgO provenienti da appositi materiali aggiunti: calce, eal care, calce magnesiaca, dolomite, cotta, eco.

Altri composti di altri materiali, possono anche esser contenuti o come impurezze oppure possono provenire da 20 scorie sintetiche.

E* da osservare che nella corrente pratica industriale prima della presente invenzione, sono state trascurate le capacit? desolforanti e defosforanti dei composti

del sodio come il NagC-o^? Quest*ultimo come pure l'NagO, 25 lo di operare la conversione con ossigeno in presenza

di scoria contenente anche composti del Na, come Na^O,

e a questo scopo il nuovo processo prevede di effettuale

S' aggiunte in convertitore di materiali contenenti anche composti del N?, in particolare Na^ C0^ da solo 0 in miscela con altri materiali in condizioni opportune.

Tenendo conto della relazione (1) il processo proposto consente di agire in modo prevalente sul tenmine

cio? sul cosidetto coefficiente di ripartizione

0 all<1>equilibrio? 10 Poich? i composti del sodio impiegati si trovano

nella forma ossidata come Na20, proveniente dalla decorjiposizione del carbonato secondo la reazione OS O

Na?C0 Na20 C02 (21

3

non sussistono ragioni che vietino il loro impiego nel.|. 15? le consizioni fisiche ossidanti, che si realizzano

nei convertitori di cui si ? accennato all<,>inizio, ci? almeno dal punto di vista termodinamico.

Nel corso del processo di conversione le temperatu-f? re sono tali da favorire la evaporazione dei composti 20 del Na immersi nel sistema, piuttosto che permetterne

la loro permanenza come componente della scoria. Questui *?. ?*. difficolt? ? superata dal procedimento rivendicato.

Infatti la temperatura di fusione (T^) e di ebollizione (T_) di Na_0 sono rispettivamente:

S 2 25

? ? 917?C T_ - 1275?C

-?

La fig. 1 mostra Mandamento della temperatura del bagno metallico e della scorie.

Si riporta anche l'andamento della composizione del

bagno in quanto pu? essere utile confrontare le due

figure (fig. 2).

E* ben noto dall'impiego del Na^CO^ come desolflorante

della ghisa che, per ottenere un buon risultato, ? necessario iniettare a profondit? elevata il composto.

Ci? allo scopo di permettere il contatto con la ghisa 10 prima che, le condizioni esistenti anche in questo pro?? cesso conducano all'evaporazione del desolforante nell)*atmosfera. E' anche noto che una tecnica analoga viene

O

adottata per il Magnesio nelle operazioni di desolforafzione, poich? anche questo elemento ha una temperatura

15 <Q >di ebollizione inferiore alla temperatura d'impiego

(Tb = 1107?C).

Risulta ancora noto un'altra tecnica d'impiego del Mg consistente nell'uso di materiali impregnati di Mg in pezzatura opportuna, materiali da cui il Mg stesso viehe

20 rilasciato gradualmente e pu? svolgere l'azione desolfjo-??*, rante prima di evaporare nell'atmosfera soprastante. ? ?*<1 >? Purtroppo non era possibile applicare, tal quali,

tali tecniche applicate ai composti del magnesio anche

ai composti di sodio.

25 Pertanto, mi secondo obiettivo caratterizzante della presente invenzione ? quello di indicare, nelle condizioni fisiche esistenti nei convertitori, in che modo portare i composti del sodio nella scorie nonostante il. suo relativamente basso punto di ebollizione?

Questo obiettivo viene realizzato secondo la presente invenzione introducendo, durante il soffiaggio

dell*ossigeno $el bagno liquido, dall'alto nel caso

di convertitori del tipo LD, materiali contenenti ??^?? sotto forma di bricchette con pezzatura opportuna che 10 in seguito alla loro graduale dissoluzione nella scori? contribuiscono alle reazioni di desolforazione e di de-j- < fosforazione. ? Nel processo proposto le reazioni - .anzidette vengono compiute, secondo quanto attualmente ritiene

noto, dal composto Na^O proveniente dall'NagCO^ contenuto nei materiali aggiunti.

Le reazioni che si svolgono sono, oltre che la 2?

le seguenti:

3) 2 Na?C03 + Si = 2 Na20+Si02+2 CO 20 4) / Na_C0.. Si = Na 0+Si0o+ C

/ 2 3 2 2

Il composto Si02 si combina ancora con Na20 secondo la reazione:

5) Na20 SiOg = Na2Si03

?_?* Si perviene cos? alla formazione di una scoria ricca 2 di Na20 che contribuisce alle reazioni di desolforazione e di defosforazione, secondo le reazioni:

6) 3Na20 2 P 50 = Na20 * P^

7) Na20 FeS = Na2S FeO

Durante 1*aggiunta in convertitore dei materiali anzidetto, succede che le particelle solide vengono trasci-f nate verso l'alto dalla corrente dei fumi^, dato che questi raggiungono velocit? notevoli a causa dell'aspi-trazione. Questo effetto negativo si aggiunge a quello dovuto all*evaporazione che segue la decomposizione ad 10 elevate temperature dell<?>Na2(J0^?

l*J Tenendo conto di ci?, si evidenzia che: un altro < obiettivo del processo rivenditi?ato dalla presente inf venzione ? quello di evitare il trascinamento dei fini

Si aggiungono perci? durante il soffiaggio dell'oss?gejno, dall?alto nel caso dei convertitori del tipo LD, miscele di materiali diversi con NagCO^ o Carbonato di Sodio in bricchette di dimensioni medie opportune, ma

tali che le frazioni di esse con dimensioni medie infe riore a 10 mm sia molto limitata.

20 E* noto che le reazioni di desolforazione e di defosfojrazione nei convertitori con soffiaggio dall'alto si svolgono o nella zona d'impatto, in particolare verso la ?? ?? superficie laterale di queste, dove si generano dei mo vimenti che trascinano la scoria, portandola a contatto

25?? con il metallo liquido, oppure nell?emulsione scoria, metallo-gas emergenti dal bagno, dove pervengono, permanendovi per un certo intervallo di tempo particelle

di metallo liquido, generate e mosse dai getti ?i ossigeno, in entrambi i casi gli scambi di materia avvengono

da o verso particelle di piccole dimensioni.

Perci? un altro importante obiettivo della presenti invenzione ? la dispersione dell?agente desolforante

e defosforante: Na CO che si realizza distribuendo

^ J

quest?ultimo sotto forma di miscele solide con altre

10 sostanze.

Queste ultime possono essere , tenuto conto delle modajlit? di fabbricazione comunemente adottate e dei materia ? li di uso pi? comune: CaCO^, CaO, MgO, MgCO^, ossidi

di ferro, scorie ottenute dalla conversione eoe. E* evidente che l?impiego di questi tipi di miscele, oltrle che consentire di adoperare un composto fortemente volatile alle temperatura della fase intermedia della conversione, comporta il vantaggio dell?aumento del nujmero dei centri di reazione. In questo modo si riesce

20 ad influenzare le reazioni 6) e 7) aumentandone l?efficienza attraverso il secondo dei fattori evidenziati nella relazione 1), cio? la superficie specifica di

?. ?> . *??? ?? scambio.Ci? si ottiene attraverso un ben precisato di-f *?*?, *??'?? mensionamento delle bricchette citate.

25t: Circa il processo di formazione della scoria, ? anche 1 to dai molti studi effettuati, che la dissoluzione del..a calce nella scoria ? resa difficoltosa dalla formazione di meta e ortosilicati di calcio sulla superficie do1-le particelle di calce in contatto con la scoria. La bur:-riera di silicati, che sono composti ad alto punto di fusione, rende difficoltosa l*ulteriore dissoluzione d?arla stessa. Nella corrente pratica di conversione, per ridurre questo effetto vengono aggiunte sostanze come ia CaPg o altre che hanno propriet? simili, oppure si aff: 10 da allo FeO il compito di formare composti che sono al.Lo P stato liquido alle temperature del processo,Nel proces^ < rivendicato dalla presente invenzione ? possibile, eviSan- Q do 1*impiego di questi materiali, utilizzare la propri?t? > dei composti del sodio, che gi? sono presenti e sono a basso punto di fusione come risulta dalla seguente tab?lla:

Na^SiO^ Na SiO. Na SO* Na.PO.

4 4 2 4 3 4 <Na>4<P>2?7

V<G >1088 1018 884 1340 988

La presenza del NagCO^ nella forma prevista, cio? di dispersione solido-splido con altri composti rende posj- 20 sibile questo che ? un ulteriore scopo della presente invenzione. Un altro obiettivo della presente invenziof ne ? quello di utilizzare un determinato periodo ? .

? *??, del soffiaggio che ? il pi? adatto per ottenere un'ej- ; .?? levata efficienza delle reazioni di desolforazion^e 25V e di defosforazione.

E* noto/che la fase iniziale del soffiaggio, durante

la quale avviene preferenzialmente la combustione del

Si presente nella ghisa (vedi fig.2) ? anche quella in cui si ha la formazione di una scoria attiva che conduce ad un abbassamento della percentuale del P e della per-centuale di S. Dopo questa fase, quando si raggiunge

il massimo valore della velocit? di decarburazione, le condizioni della scoria, sia a causa della sua diminuita ossidazione sia per il ritardo nella dissoluzione della

10 calce dovuto alle cause illustrate, non permettono un apprezzabile progresso alle reazioni metallo-scoria.

Date le caratteristiche fisiche del sistema: compofsizione della scoria e del bagno (fig.2) e la temperatu-> ra dello stesso (fig.1) e dato il particolare stato ? 15 fisico; dispersione, pezzatura, nonch? le temperature dei passaggi di stato gi? riportate, ? proprio in quesfto periodo che si possono svolgere le reazioni indicate

O<B J >GA<LIf >con 6) e 7). Si fa rilevare inoltre che in questa seconda fase del soffiaggio viene a mancare/probabilmente

20 contributo negativo della reazione con la SiOg. Il pr? cesso rivendicato permette probabilmente di realizzare una fase intermedia in cui risultano attive le reazioni scoria-metallo edin modo specifico quelle di desolforazione e defosforazione, che vengono svolte prevalen-25 temente dai composti del Na, (Na20) provenienti dalle 1 miscele contenenti Na^CO^?

Il sistema soggetto a conversione nelle sue reali condizioni fisiche comprende una fase metallico che prevalentemente occupa la zona inferiore del convertitore

essendo detta fase a pi? elevato peso specifico, in ???te si trova dispersa sotto forma di gocce nella zona sovrastante, occupata prevalentemente dalla fase emulsionata liquido-solide-gas indicata gericamente come

scoria? Questa zona ? attraversata dalla fase gassosa

cio? l'ossigeno? Sia la calce ancora non disciolta, S?^L

le bricchette di soda, di cui ? prevista l'immissione

secondo il procedimento rivendicato, si trovano nella OS scoria? Quest'ultima, come detto innanzi viene in contatto con il metallo quando riesce a pervenire sulle pa-15 reti laterali dei getti di ossigeno che la trascinano

nel bagno?

Un'altra importante possibilit? di contatto tra <ITTELLA >fasi si ha per le particelle di metallo prodotte dall'impatto dell'ossigeno che pervengono nell'emulsione? La

20 parte non disciolta di calce e di bricchette di NagCO^

non risulta attiva ai fini delle reazioni con il bagno metallico, Nel caso delle seconde esiste ancora la possi

bilit? che una parte dei prodotti della dissociazione ???

???? cio? Na^O e Na evaporino, sottraendosi al sistema, prijma

25 <* >???

RIVENDICAZIONI

1) Processo di affinazione della ghisa in convertitori 20 ad ossigeno caratterizzato dal fatto che, per la desol

forazione e la defosforazione del bagno metallico vengono impiegati, oltre che composti basici quali CaO,

MgO, MnO contenuti nella scoria, anche composti del So t dio, come Na^O, proveniente da carbonato di sodio; detto 25 di svolgere la sua azione.

Occorre osservare ancora che il grado di conversione a fine soffiaggio della reazioni di desolforazione e defosforazione risulta determinato dall*integrale defin:.-to della relazione (1) esteso da inizio a fine soffiag-j? gio. Detto grado di conversione determina l'efficienza

del processo ed incide perci? sui costi della conversi?-ne* I pi? recenti processi di conversione si propongono

con diversi accorgimenti, tutti rivolti a migliorare

la miscelazione delle fasi presenti, di aumentare il

10 grado di conversione della reazioni. Quest'ultimo pu?

anche essere definito come grado di raggiungimento delf

1'equilibrio termodinamico tra scorie e bagno, per le

O

diverse reazioni. > A tali recenti processi noti appartiene quello detto

del soffiaggio instazionario dell'ossigeno. Esso si

basa sulla variazione ciclica della capacit? di penetrazione dei singoli ugelli di ima lancia a pi? ugelli. I movimenti supplementari che si generano nella

scoria con questo processo in cui l'ossigeno viene forf-20 nito con alimentazione pulsante, sono tali da migliorare notevolmente lo scambio di materie tra le fasi.

Pertanto un ultimo obiettivo del nuovo processo che

qui si propone ? costituito dall'abbinamento del processo secondo l'invenzione al citato processo di sof-25 "" carbonato di sodio essendo aggiunto come componente del.

la carica del convertitore,

2) Processo di affinazione, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto carbonai

to di sodio viene aggiunto alla carica del convertitori

sotto forma di bricchette o granuli fusi in pezzatura opportuna in modo da consentire una completa dissoluzi^

ne dei composti di sodio, in particolare Na20, nella

scoria riducendo drasticamente le frazioni di detti conposti che vengono sottratti al bagno per evaporazione ? 10 per trascinamento da parte dei prodotti gassosi che fuoriescono dal bagno liquido.

3) Processo di affinazione, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il carbonato

di sodio e/o le miscele di composti contenenti carbonaj- 15' to di sodio, sono aggiunte al bagno liquido durante il soffiaggio dell?ossigeno , in pezzatura compresa tra . [5

e 100 mm, con bassa percentuale di fini.

4) Processo di affinazione, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, quando il 20 processo di affin azione viene realizzato in convertitori tipo LD con soffiaggio dell?ossigeno dall?alto mejdiante . lance, il carbonato di sodio viene aggiunto

al bagno liquido durante il soffiaggio dell?ossigeno, ???? ???* ??? dall?alto del convertitore. 25 5) Processo di affinazione, secondo le rivendicazionik

1 a 3icaratterizzato dal fatto che, quando il processo di affinazione viene realizzato mediante insufflazione di gas dal basso come ad esempio nel processo noto con il nome EHM, il carbonato di sodio, da solo o miscelato con altri composti, viene aneh'esso insufflato dal basato sotto fonna di polveri.

6) Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il soffiaggio dell*ossigeno viene realizzato in modo instazionario, 10 in modo da realizzare una migliore miscelazione delle jfasi, metallo liquido^scoria nella quale si ? raccolto < 1* Na^O proveniente dalla dissociazione del carbonato O di sodio aggiunto al bagho.

7) Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni 15 precedenti, caratterizzato dal fatto che le aggiunte

di composti del sodio, in particolare carbonato di sodio, sono effettuate nella fase iniziale del soffiaggi^ e cio? nei primi minuti dello stesso, in modo tale da assicurare un tempo sufficiente alle reazioni tra sco 20 ria contenente Na^O ed il bagno metallico.

8) Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni

1 a 6 caratterizzato dal fatto che le aggiunte di composti del sodio, in particolare carbonato di sodio, sono suddivise in due parti, la prima delle quali ? effettua- 25

Claims (1)

1. ta nella fase iniziale del soffiaggio, mentre la seconda 1 ? effettuata nell'ultimo quarto del periodo di soffiagjgio e cio? nella fase di massima efficienza delle reazioni di desolforazione e di defosforazione.

   9) Procedimento secondo una o pi? delle rivendic?azioni 1 a 6, caratterizzato dal fatto che le aggiunte di composti di sodio, in particolare carbonato di sodio, son effettuate dopo una operazione di scorifica del bagno metallico che viene effettuata dopo un terzo del tempo totale di soffiaggio, cio? dopo il periodo di combusti?) 10 ne del silicio; detta operazione di scorifica essendo ut- e ta ad eliminare l'effetto negativo delle reazioni tra < ossido di sodio e silicio, rispettivamente tra ossido

   O

   di sodio e silice. >

   p.i. NUOVA ITALSXDER S.p.A. I? (f.to Drjett fc GALLETTI)

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   L'UFFICIALE ROGANTE

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