LU84168A1

LU84168A1 - METHOD FOR CARBONING METAL MELTS

Info

Publication number: LU84168A1
Application number: LU84168A
Authority: LU
Inventors: Paul Metz
Original assignee: Arbed
Priority date: 1982-05-25
Filing date: 1982-05-25
Publication date: 1984-03-07

Description

Verfahren zum Aufkohlen von Metallsehmelzen.Process for carburizing metal melts.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufkohlen von Metallschmelzen, insbesondere von Eisensohmeizen, im Rahmen von metal-5 lurgisahen Prozessen.The invention relates to a method for carburizing molten metals, in particular iron soy, in the context of metal-5 processes.

Es ist bekannt, dass man im Rahmen eines Sauerstoff-Aufblasverfah-rens (LD bzw. LDAC) zum Frisahen von Roheisen gewisse Mengen an Sahrott verarbeiten kann und zwar 25-27 % Sohrott/Tonne Roheisen. 10 Die hierzu erforderliche Energie entsteht duroh die beim Verbrennen des im Roheisen enthaltenen Kohlenstoffes freiwerdende Wärme im Bad. Die Anmelderin hat in ihrem luxemburgisahen Patent LU 81.207 ein Verfahren besahrieben, das es erlaubt, duroh Naehverbrennen des sieh hierbei bildenden Kohlenmonoxyds über dem Bad, zusätzliahe Energie-15 mengen freizusetzen, die es gestatten, die übliehen Sahrottzusätze auf 38-40 % Sahrott/Tonne Roheisen zu erhöhen. Obwohl dies einen erhebliehen Fortsahrltt darstellt, muss der Matallurge siah mit der Frage auseinandersetzen, ob es nicht möglich wäre, ohne besonderen Kosten- und Zeitaufwand diese Resultate zu verbessern und zwar durah 20 ein Rüekkohlen des Bades.It is known that as part of an oxygen inflation process (LD or LDAC) for hairdressing pig iron, certain quantities of Sahrott can be processed, namely 25-27% Sohrott / ton pig iron. 10 The energy required for this is generated by the heat released in the bath when the carbon contained in the pig iron is burned. In her Luxembourgish patent LU 81.207, the applicant has implemented a process which, by burning the carbon monoxide formed here over the bath, releases additional amounts of energy which allow the usual Sahrott additives to be 38-40% Sahrott / ton Increase pig iron. Although this is a great success, the matallurge has to deal with the question of whether it would not be possible to improve these results without any particular expenditure of time and effort, namely that the bath was re-heated.

Will man den Kohlenstoffgehalt erhöhen, sei es nur aus qualitätsbezogenen Gründen, oder im Hinbliak auf die Entwicklung thermischer Energie beim naahträglichen Zuführen von Sauerstoff, so bietet sich 25 nur eine begrenzte Zahl von möglichen Behandlungstechniken an.If one wants to increase the carbon content, be it only for quality-related reasons or in view of the development of thermal energy when oxygen is added locally, 25 only a limited number of possible treatment techniques are available.

Man kann Kohlenstoff vermittels Tauahlanzen mit Hilfe von Trägergasen zuführen, oder den Einsatz von kohlenstoffhaltigen Gasen vorse- - 2 - hen, die beim Kontakt mit der Schmelze kracken und den Kohlenstoff freigeben. Solche Gase enthalten jedoch durchwegs Wasserstoff, der im Stahl unerwünscht ist. Weiter kann man Eisensahmelzen mit Kohlenstoff behandeln, indem man gemäss der DE.AS 28.38.983 einerseits 5 einen Sauerstoffstrahl von oben auf die Schmelze richtet und andererseits pulverförmigen Kohlenstoff mit Trägergas durah unterhalb des Badspiegels in der Ausmauerung des Gefässes angeordnete Düsen " zuführt. Jedoah sind Bodendüsen Aggregate, die ebenso wie Tauehlan- zen hohem Versahleiss ausgesetzt sind und die im Hinblick auf ihre 10 Haltbarkeit, welche zumindest einer Ofenreise entsprechen soll, aus entsprechend teuerem Material gefertigt werden müssen. Darüber hinaus leuchtet ein, dass Bodendüsen kontinuierlich mit Gas beliefert werden müssen, um den Eintritt flüssigen Metalls zu verhindern.Carbon can be supplied by means of carrier gases by means of tau lances, or the use of carbon-containing gases can be provided, which crack upon contact with the melt and release the carbon. However, such gases consistently contain hydrogen, which is undesirable in steel. Furthermore, one can treat iron melts with carbon by, according to DE.AS 28.38.983, 5 on the one hand directing an oxygen jet onto the melt from above and on the other hand supplying powdered carbon with carrier gas by means of nozzles arranged in the lining of the vessel below the bath level. Jedoah Floor nozzles Units that are exposed to high levels of wear and tear, as well as thawing lances, and which have to be made of correspondingly expensive material with regard to their durability, which should at least correspond to a kiln trip. Furthermore, it is clear that floor nozzles have to be supplied with gas continuously to prevent the entry of liquid metal.

15 In der Patentanmeldung LU 83.814 hat die Anmelderin ein Aufkohlverfahren einer Metallschmelze beschrieben, bei dem man ein mit staubförmiger Kohle beladenes neutrales Trägergas auf Geschwindigkeiten von Mach 1,5 bis 2,5 bringt und diesen Strahl vertikal auf die Oberfläche der Schmelze richtet. Hierbei musste festgestellt werden, 20 dass der Kohlenstoff teilweise nutzlos über der Schmelze verbrennt. Ausserdem wird der Gasstrahl beim Austritt aus der Lanze stark unterkühlt, wodurch die Aufnahme des Kohlenstoffs durah das Metall, die bekanntlich eine endotherme Reaktion darstellt, gehemmt wird.15 In patent application LU 83.814, the applicant has described a carburizing process for a molten metal, in which a neutral carrier gas loaded with dusty coal is brought to speeds of Mach 1.5 to 2.5 and this jet is directed vertically onto the surface of the melt. It had to be found here 20 that the carbon burns uselessly over the melt. In addition, the gas jet is strongly supercooled when it emerges from the lance, as a result of which the uptake of carbon is inhibited by the metal, which is known to be an endothermic reaction.

" 25 Ein Einbringen von Kohlenstoff in eine Schmelze durah feuerfeste"25 An introduction of carbon into a melt was refractory

Gefässbodensteine, die mit orientierten Durchgängen solcher Art versehen sind, dass sie gleichzeitig gasdurchlässig sind, ohne den Durchtritt flüssigen Metalls zu gestatten, wurde in der Patentanmeldung LU 83.247 beschrieben. Auch bei diesem Verfahren geht ein 30 beachtlicher Teil des Kohlenstoffs verloren, vermutlich indem die Partikel in den Trägergasblasen eingefangen, die Metallschmelze durchqueren und dann das Bad verlassen.Vessel bottom stones, which are provided with oriented passages such that they are gas-permeable at the same time without allowing the passage of liquid metal, have been described in patent application LU 83.247. In this process, too, a considerable amount of the carbon is lost, presumably by trapping the particles in the carrier gas bubbles, crossing the metal melt and then leaving the bath.

Das Ziel der Erfindung bestand darin ein Verfahren vorZuschlägen, 35 das es erlaubt, die Kohlenstoffaufnähme durch das Bad im Vergleich zu den bekannten Verfahren zu erhöhen.The aim of the invention was to propose a method 35 which makes it possible to increase the carbon uptake by the bath compared to the known methods.

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Dieses Ziel wird erreieht durch das erfindungsgemässe Verfahren, das vorsieht, dass man eine in einem Trägergas suspendierte, kohlenstoffhaltige Substanz in das Bad einführt, wobei man zur Erleichterung der Kohlenstoffaufnähme durah das Metall die Kohlenstoff-5 zufuhr diskontinuierliah und zwar pulsierend durchführt.This goal is achieved by the method according to the invention, which provides that a carbon-containing substance suspended in a carrier gas is introduced into the bath, the metal being supplied discontinuously, namely pulsatingly, to facilitate the absorption of carbon.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unter- ? ansprüahen wiedergegeben.Further advantageous developments of the invention are in the sub? played reproduced.

* 10 Der Grundgedanke der zur Erfindung führte geht von der bekannten* 10 The basic idea that led to the invention goes from the known

Tatsaohe aus, dass die Aufnahme von Kohlenstoff durah ein Eisenbad am besten, d.h. mit dem höahsten Wirkungsgrad dann vonstatten geht, wenn der Kohlenstoffgehalt des Bades sieh zwischen 0.8 und 2.2 Gew.-% bewegt. Die übliahe Vorgehensweise, die instinktiv die Anwendung 15 hoher Überschüsse an Kohlenstoff vorsieht, berücksichtigt allerdings nicht die Tatsache, dass bei einer lokalen Übersättigung an Kohlenstoff die Aufnahme weiterer Kohlenstoffmengen unterbunden wird.The fact that the absorption of carbon by iron bath is best, i.e. is most efficient when the carbon content of the bath is between 0.8 and 2.2% by weight. The usual procedure, which instinctively provides for the use of high excess carbon, does not take into account the fact that local carbon supersaturation prevents the absorption of additional amounts of carbon.

Genau dies spielt sich nämlich ab, wenn man mittels einer Aufblas-20 oder einer Tauahlanze kohlenstoffhaltige Substanzen, die in einem Trägergas suspendiert sind, in ein Bad einzutragen versucht und zwar wird das Metall lokal aufgekohlt und mit Kohlenstoff übersättigt, wobei die lokale hohe Kohlenstoffkonzentration die Aufnahme weiterer Kohlenstoffmengen unterbindet.This is exactly what happens when you try to enter carbon-containing substances, which are suspended in a carrier gas, into a bath by means of an inflator-20 or a dew lance, namely that the metal is locally carburized and oversaturated with carbon, the local high carbon concentration Absorption of additional amounts of carbon is prevented.

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Geht man hingegen erfindungsgemäss so vor, dass man die Zufuhr pulsierend durohführt, so kann eine durah Diffusion bedingte, laufende Verdünnung der Kohlenstoffkonzentration eintreten, so dass jeder neue in das Bad eintretende Kohlenstoffsahub in ein nicht mit 30 Kohlenstoff übersättigtes Medium eintritt, in das er sieh verhältnismässig leicht integrieren kann.If, on the other hand, one proceeds according to the invention in such a way that the supply is pulsed, a continuous dilution of the carbon concentration caused by diffusion can occur, so that each new carbon sample entering the bath enters a medium which is not supersaturated with carbon and into which it is seen can integrate relatively easily.

Die Fachliteratur gibt Aufschluss über das Verhalten von Eisen-sohmelzen beim Aufkohlen, und zwar liegen Versuohsergebnisse vor, 35 die zeigen, dass in einem Konzentrationsbereioh von 0.8 - 2.2 % C die Sauerstoffaktivität minimal ist, so dass eine Entkohlung durch ? - 4 - CO-Bildung nur in sehwaahem Masse zu erwarten ist. Steigt die Kohlenstoffkonzentration über die obere Grenze, so erhöht siah auoh die Sauerstoffaktivität und das Bad wird wieder entkohlt. Dieser Effekt tritt unweigerlieh ein, wenn man im Rahmen eines Sauerstoff-5 blasverfahrens eine durah kontinuierliahe Kohlenstoffzugabe bewirkte Aufkohlung durahführen will, ohne dem eingetragenen Kohlenstoff Zeit zum Wegdiffundieren von der Eintrittszone zu lassen.The specialist literature provides information about the behavior of iron sols during carburization, namely Versuohs results are available, 35 which show that in a concentration range of 0.8 - 2.2% C the oxygen activity is minimal, so that decarburization by? - 4 - CO formation is only to be expected to a certain extent. If the carbon concentration rises above the upper limit, the oxygen activity increases and the bath is decarburized. This effect occurs inevitably if one wants to carry out a carburization caused by continuous carbon addition in the context of an oxygen blowing process, without giving the carbon input time to diffuse away from the entry zone.

MM

Auah über die Gesahwindigkeit der Auflösung von Kohlenstoff in , 10 Eisensahmelzen liegen Versuohsergebnisse vor die zeigen, dass diese oberhalb von Kohlenstoffkonzentrationen von 2 Gew.-% stark abnimmt, • wobei die Badtemperatur keine wesentliahe Rolle zu spielen seheint.In addition to the speed of the dissolution of carbon in 10 iron melts, test results are available which show that this decreases sharply above carbon concentrations of 2% by weight, • with the bath temperature not playing a significant role.

In der Tat liegt die Kohlenstoffaktivität unterhalb der Raoult'sehen Gerade sofern die Kohlenstoffkonzentration unter rund 2 Gew.-% C 15 liegt. Oberhalb von dieser Grenze steigt die Kohlenstoffaktivität stark an und liegt über der Raoult'sahen Gerade.In fact, the carbon activity is below Raoult's sight, especially if the carbon concentration is below about 2% by weight of C 15. Above this limit, the carbon activity rises sharply and lies above the Raoult'sah straight line.

Was die Pulsfrequenz anbelangt, mit welcher man erfindungsgemäss die kohlenstoffhaltige Substanz schubweise in das Bad befördert, so 20 richtet diese siah naah der Art der gewählten Zufuhr, sowie nach den lokalen Gegebenheiten wie der Konfiguration des Trägergasstroms, der wiederum von der Lanze abhängt, sowie von der Menge und der Intensität dieses Stroms. Eine weitere Variable die bei der Wahl der Pulsfrequenz eine Rolle spielt ist selbstverständlich in der jeweiligen 25 Kohlenstoffkonzentration zu suchen, die gerade im Bad vorliegt und zwar wird man die Pulsfrequenz zu Beginn der Aufkohlung hoch ansetzen und sie bei steigendem Kohlenstoffgehalt der Schmelze wenn möglich progressiv herabsetzen.As far as the pulse frequency with which the carbon-containing substance is fed into the bath in batches according to the invention, this is based on the type of feed selected and local conditions such as the configuration of the carrier gas stream, which in turn depends on the lance, and on the amount and intensity of this current. Another variable that plays a role in the choice of pulse rate is of course to be looked for in the respective 25 carbon concentration that is currently in the bath and that one will set the pulse rate high at the beginning of carburization and, if possible, decrease it progressively as the carbon content of the melt increases .

Claims

1. A method for carburizing molten metals, in particular iron soybeans, in the context of metallurgy-free processes, which 5 provides for a carbon-containing substance suspended in a carrier gas to be introduced into the bath, characterized in that the metal is taken up to facilitate the absorption of carbon Carbon supply discontinuous and pulsating through it. I.

2. Process according to Claim 1, characterized by the fact that the carrier gas flow is kept constant and that the carrier gas is intermittently loaded with carbon-containing substance *

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the carbon supply is carried out by inflating or blowing in from above by means of inflation or thawing lances.

4. The method according to claims 1 and 2, dadurah marked, 20 that an additional carbon supply is blown through the bottom or through the jacket of the raetallurgis-like vessel.

5. Process according to claims 1-4, characterized in that * 25 one sets the pulse frequency hooh at the beginning of the carburization and that it is progressively reduced if possible with increasing carbon content of the melt.