MXPA06008215A - Metodo para producir acero de bajo carbono. - Google Patents

Abstract

Un metodo para producir acero de bajo carbono, en donde se descarburiza el acero fundido en un procedimiento de refinacion de tres etapas, que comprende una primera etapa en donde se proporciona oxigeno para la descarburizacion, envuelto en un recubrimiento de gas, una segunda etapa en donde se proporciona oxigeno para la descarburizacion envuelto en un recubrimiento de llama, y una tercera etapa en donde se proporciona gas inerte u oxigeno y gas inerte envuelto en un recubrimiento de llama.

Description

MÉTODO PARA PRODUCIR ACERO DE BAJO CARBONO CAMPO TÉCNICO Esta invención se refiere en general a la elaboración de acero, caracterizada porque se proporciona oxígeno al acero fundido desde encima de la superficie del acero fundido, y más particularmente, al empleo de este procedimiento para la producción de acero de bajo carbono.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El horno de oxígeno básico (BOF), es un método bien conocido para la elaboración de acero, que se usa para producir la mayoría del acero de bajo carbono de alta calidad en el mundo. El proceso con BOF usa hierro fundido proveniente de un alto horno como fuente primaria de hierro. Debido a la naturaleza del proceso en altos hornos, este hierro de alto horno está saturado con carbono disuelto. En el proceso con BOF, este hierro fundido se carga junto con el desperdicio de acero en un convertidor con la parte superior abierta. Se inserta una lanza enfriada con agua a través de la abertura superior y se sopla oxígeno desde la lanza en múltiples chorros hacia el metal fundido. Este oxígeno quema el carbono contenido en el hierro fundido, fundiendo el desperdicio y creando un baño de acero líquido.

La tasa a la cual el carbono es quemado por el oxígeno, determina la productividad del proceso con BOF. Cuando el acero líquido parcialmente refinado contiene más de aproximadamente 0.30 por ciento por peso de carbono disuelto, la oxidación del carbono ocurre tan rápidamente como el oxígeno puede ser soplado a través de la lanza hacia el baño de acero líquido. Por debajo de aproximadamente 0.30 por ciento por peso de carbono, sin embargo, la tasa de oxidación del carbono depende del transporte de carbono disuelto desde la mayor parte del baño de acero hasta el área en donde el chorro de oxígeno hace impacto sobre el baño. Un problema con el proceso con BOF convencional es que la agitación y mezcla en la mayor parte del baño de acero son relativamente malas. Como resultado, por debajo de aproximadamente 0.30 por ciento por peso de carbono, el transporte de carbono desde la mayor parte del baño hasta la zona de la reacción es lento, y la descarburización es ineficiente. Una cantidad de oxígeno en aumento reacciona con el metal en lugar de con el carbono a medida que el contenido de carbono disminuye. La oxidación metálica da como resultado la pérdida hacia la escoria de elementos valiosos, tales como hierro y manganeso. Esta oxidación metálica también es costosa debido a que el oxígeno se consumen en exceso del acero haciendo requerimientos, y el tiempo para completar la refinación del baño aumenta. Adicionalmente, la oxidación del otros materiales con aleación metálica puede disminuir la calidad del acero y aumentar la cantidad de re-aleación costosa que se requiere. El exceso de oxidación metálica también aumentará la temperatura de la fusión y el contenido de óxido de la escoria, ambos de los cuales son perjudiciales para el recubrimiento refractario del recipiente de refinación. Todos estos problemas reducen la eficiencia y aumentan el costo del proceso con BOF. De acuerdo con esto, es un objeto de esta invención proporcionar un proceso de soplado superior mejorado, tal como un proceso de BOF mejorado, para la producción de acero de ajo carbono.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objeto anterior y otros objetos, los cuales serán evidentes para los conocedores de la materia con la lectura de esta descripción, se logran mediante la presente invención, un aspecto de la cual es: Un método para producir acero de bajo carbono que comprende las siguientes etapas secuenciales de refinación: (A) proporcionar oxígeno en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de gas desde una lanza para fundir acero que tiene una concentración de carbono mayor que 0.30 por ciento por peso; después de eso (B) proporcionar oxígeno en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido, y después de eso (C) proporcionar oxígeno y gas inerte en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido; dichas etapas de refinación sirven para producir acero de bajo carbono. Otro aspecto de la invención es: Un método para producir acero de bajo carbono, que comprende las siguientes etapas de refinación secuenciales: (A) proporcionar oxígeno en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento con gas desde una lanza hacia acero fundido que tiene una concentración de carbono mayor que 0.30 por ciento por peso; después de eso (B) proporcionar oxígeno en el menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido; y después de eso (C) proporcionar gas inerte en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido; dichas etapas de refinación sirven para producir acero de bajo carbono. Como se usa aquí, el término "acero de bajo carbono" significa acero que tiene una concentración de carbono menor que 0.10 por ciento por peso. Como se usa aquí, el término "gas inerte" significa uno o más de argón, nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y helio. Como se usa aquí, el término "recubrimiento de gas" significa una envoltura gaseosa no comburente alrededor y a lo largo de una o más corrientes de gas. Como se usa aquí, el término "recubrimiento de llama" significa una envoltura gaseosa alrededor y a lo largo de una o más corrientes de gas. Como se usa aquí, el término "chorro coherente" significa una corriente de gas supersónica que tiene menos o ningún aumento de diámetro en su dirección de flujo. Como se usa aquí, el término "chorro convencional" significa una corriente de gas supersónica que tiene un aumento en diámetro en su dirección de flujo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista superior de una lanza particularmente preferida para su uso en la práctica de esta invención. La figura 2 es una vista transversal de la lanza particularmente preferida para su uso en la práctica de esta invención. La figura 3 es una representación generalizada del método de esta invención en operación. La figura 4 es una representación gráfica de los resultados obtenidos con la práctica de esta invención comparados con los resultados obtenidos con dos prácticas conocidas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención es un método que emplea tres etapas diferentes en un orden especificado mediante el cual se produce acero de bajo carbono por medio de la provisión de oxígeno a acero fundido desde arriba de la superficie del acero fundido. El oxígeno reacciona con el carbono en el acero fundido dentro de un convertidor para producir dióxido de carbono y monóxido de carbono, el cual se hace burbujear fuera del acero fundido, disminuyendo así la concentración de carbono y produciendo acero de bajo carbono. La invención será descrita ahora en mayor detalle con referencia a los dibujos. Los números en los dibujos son los mismos para los elementos comunes. Típicamente, aproximadamente el 75 por ciento del hierro cargado en un convertidor BOP, tal como el convertidor 11 ¡lustrado en la figura 3, es metal caliente proveniente de un alto horno, y el restante 25 por ciento del hierro cargado hacia el convertidor es desperdicio de acero. La carga 15 antes del inicio del proceso de refinación de tres etapas de esta invención, tiene una concentración de carbono mayor que 0.30 por ciento por peso, y típicamente tiene una concentración de carbono dentro del rango desde 4.0 hasta 4.5 por ciento por peso.

La primera etapa del método de refinación de esta invención comprende desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento del periodo de refinación, es decir aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento del oxígeno total proporcionado al acero fundido durante el método de refinación de esta invención se proporciona durante la primera etapa. Se añaden flujos tales como limo y dolomita al comienzo del periodo de refinación para lograr la química deseada de la escoria 12 y para neutralizar el dióxido de silicio que se forma durante la primera etapa. Durante la primera etapa del método de refinación de esta invención, se proporciona oxígeno en el menos una corriente desde la punta de la lanza o desde la lanza dirigida hacia el acero fundido. Un recubrimiento de gas se extiende desde la punta de la lanza hasta la superficie de acero fundido. El recubrimiento de gas contiene oxígeno y gas inerte. Preferiblemente el gas inerte para el recubrimiento de gas es nitrógeno. Las figuras 1 y 2 ilustran un aparato preferido para la práctica de cada una de las tres etapas del método de refinación de esta invención. Cuando se usa el aparato ¡lustrado en las figuras 1 y 2, se proporciona oxígeno desde cuatro boquillas 2 a través de cuatro aberturas de boquilla 4 en la cara 6 de la lanza 3. Un anillo 20 de puertos en una recesión 21 rodea las boquillas en la punta de la lanza, y el oxígeno y el gas inerte para formar el recubrimiento de gas se proporcionan desde estos puertos. Preferiblemente, se proporciona oxígeno desde un primer conjunto de puertos, por ejemplo, 22, y se proporciona gas inerte desde un segundo conjunto de puertos, por ejemplo 23, con alternancia con los puertos del primer conjunto. El recubrimiento de gas alrededor de las corrientes de oxígeno ocasiona las corriente de gas para formar chorros convencionales. Los chorros supersónicos convencionales rápidamente decaen hasta velocidades subsónicas en cuyo punto el chorro se esparce con un ángulo medio de aproximadamente 10 grados, lo que da como resultado un chorro menos penetrante y un área grande de contacto superficial con la atmósfera circundante y el baño. Es menos probable que estas corrientes de oxígeno se reflejen por el desperdicio no fundido que está presente durante el inicio del periodo de refinación, el cual podría ocasionar daños a la lanza o al recubrimiento del convertidor. Los chorros convencionales son turbulentos y arrastran una cantidad significativa de la atmósfera circundante, la cual contiene un alto porcentaje de monóxido de carbono. El monóxido de carbono es quemado después mediante los chorros de oxígeno en dióxido de carbono, y el calor resultante que se libera aumenta la cantidad de desperdicio que puede ser fundido, lo cual disminuye el costo y aumenta la productividad. El oxígeno adicional contenido en el recubrimiento anular de gas usado con los chorros convencionales también reaccionará con el monóxido de carbono y aumentará más la cantidad de post combustión que tiene lugar. La mezcla de baño es menos importante durante la parte inicial del soplado, debido a que los niveles de carbono y de eficiencia de descarburización son altos, y las tasas y cantidades de pérdida de hierro para la oxidación son bajas. En consecuencia, los niveles reducidos de mezcla en el baño proporcionados por los chorros supersónicos convencionales durante este periodo inicial no disminuyen significativamente la producción. Después de que desde 30 hasta 70 por ciento del oxígeno para la descarburización del acero fundido se le ha proporcionado al acero fundido, y el contenido de carbono del acero fundido ha sido reducido hasta aproximadamente 0.3 por ciento por peso y generalmente hasta dentro del rango desde 1.0 hasta 0.2 por ciento por peso, la primera etapa del método de refinación de esta invención está concluida, y se inicia la segunda etapa. Durante la segunda etapa del método de refinación de esta invención, se proporciona oxígeno en al menos una corriente desde la punta de la lanza o cara de la lanza hasta el acero fundido. Un recubrimiento de llama envuelve la corriente o corrientes de oxígeno. Preferiblemente, el recubrimiento de llama se extiende desde la punta de la lanza hasta la superficie de acero fundido. Se puede usar cualquier combustible apropiado para producir el recubrimiento de flama en la práctica de esta invención. Preferiblemente, el combustible es un combustible que contiene hidrógeno. Entre estos combustibles se puede nombrar metano, gas natural, propano, butano, gas de petróleo, gas de coqueo, aceites combustibles gasificados o vaporizados e hidrógeno y sus mezclas.

Las mezclas de combustibles que contienen hidrógeno con monóxido de carbono o gases inertes también pueden usarse. Cuando se emplea el aparato ilustrado en las figuras 1 y 3, el combustible para el recubrimiento de flama preferiblemente es proporcionado desde los puertos a través de los cuelas el gas inerte fue provisto durante la primera etapa, y el oxígeno para el recubrimiento de flama preferiblemente es proporcionado desde los mismos puertos en que se proveyó para el recubrimiento de gas durante la primera etapa. El oxígeno de refinación durante la segunda etapa es proporcionado a través de las mismas boquillas que durante la primera etapa. El recubrimiento para flama alrededor de la corriente o corrientes de oxígeno durante la segunda etapa del método de refinación de esta invención ocasiona que la corriente o corrientes de oxígeno formen chorros de oxígeno coherentes. Preferiblemente, el chorro o chorros coherentes se extienden desde la punta de la lanza hasta la superficie del acero fundido. Los hornos de oxígeno básicos con frecuencia sufren de expulsión de metal y escoria desde el horno debido a la reacción rápida del oxígeno y el FeO en la escoria con carbono, dando como resultado altas tasas de evolución de monóxido de carbono, las cuales arrastran el metal y la escoria y las llevan hacia afuera del recipiente. Esto tiene como resultado pérdida de rendimiento, metal acumulado o congelado y escoria sobre la boca y el cono del horno, lo que requiere eliminación periódica y pérdida de producción asociada, liberaciones de humo que pueden no ser capturadas por el sistema de salida de gas, y posible daño a la campana extractora de humo del BOF. Con frecuencia es deseable la capacidad de fundir tanto desperdicio pesado tal como peras rompedoras, quemadores, desperdicio con picaduras, etc., como sea posible en el BOF debido a su costo más bajo. Sin embargo, una carencia de agitación en baño y la deficiente transferencia de calor asociada pueden dar como resultado la fusión tardía o aún desperdicio no fundido, lo que afectará adversamente el control químico y la operación del horno en general. El cambio de chorros convencionales a chorros coherentes aumenta la agitación en el baño y la transferencia de calor, y permite que se use un desperdicio más pesado sin encontrar problemas asociados con la fusión tardía o incompleta. A medida que el soplado de refinación avanza en el BOF, el paso de limitación de la tasa de eliminación de carbono cambia desde la tasa de inyección de oxígeno (tasa de flujo de O2 total a través de la lanza) hasta la transferencia de masa del carbono dentro del baño. El cambio desde los chorros convencionales hacia los chorros coherentes aumenta la tasa de transferencia de masa del carbono en el baño debido a la mezcla en el baño aumentada proporcionada por los chorros que penetran más profundamente. Esto da como resultado una eliminación de carbono más eficiente y menos formación de FeO, lo que resulta en una producción de Fe mejorada. El punto específico en el soplado en el cual se realiza el cambio desde la primera etapa hasta la segunda etapa, está basado en el contenido de silicio del metal caliente y en la importancia relativa de cada uno de los factores anteriores para los modos de operación convencional y coherente y la optimización general de la operación del horno y el costo. Después de la segunda etapa del método de refinación de esta invención, el acero fundido tiene una concentración de carbono generalmente de menos de 0.3 por ciento por peso, y típicamente dentro del rango desde 0.3 hasta 0.02 por ciento por peso. En este punto, se inicia la tercera etapa del método de refinación de esta invención. Durante la tercera etapa del método de refinación de esta invención, el gas inerte, o el oxígeno y el gas inerte en donde el gas inerte contiene al menos 10 mol por ciento del oxígeno y el gas inerte, se proporciona en al menos una corriente desde la punta de la lanza o la cara de la lanza hacia el acero fundido. Un recubrimiento de llama envuelve la corriente o corrientes. Preferiblemente, el recubrimiento de llama se extiende desdeña punta de la lanza hasta la superficie del acero fundido. Cuando se emplea el aparato ilustrado en las figuras 1 y 2, se forma el recubrimiento de llama en una forma similar a la manera en que se forma durante la segunda etapa del método de refinación de esta invención. El gas inerte, o el oxígeno y el gas inerte, proporcionados durante la tercera etapa del método de refinación de esta invención, se proporciona a través de las boquillas 2. El gas inerte preferido empleado durante la tercera etapa del método de refinación de esta invención es argón. El recubrimiento de llama alrededor de la corriente o corrientes de gas inerte, o de oxígeno y gas inerte durante la tercera etapa del método de refinación de esta invención ocasiona que las corrientes de gas inerte o de oxígeno y gas inerte, formen chorros coherentes. Preferiblemente, el chorro o chorros coherentes se extienden desde la punta de la lanza hasta la superficie del acero fundido. En la conclusión de la tercera etapa, el acero fundido tiene una concentración de carbono menor que 0.10 por ciento por peso. En la figura 3, el elemento 16 es una representación generalizada de la corriente o corrientes centrales, es decir, oxígeno en la primera y segunda etapas y gas inerte u oxígeno y gas inerte en la tercera etapa, y los recubrimientos, es decir, el recubrimiento gaseoso durante la primera etapa y el recubrimiento de llama durante la segunda y tercera etapas, empleados en la práctica del método de refinación de esta invención. El uso de la tercera etapa de la práctica de esta invención, en conjunto con la primera y la segunda etapas, sirve para reducir las zonas homogéneas en cuanto a composición química y temperatura en el metal fundido, debido a la ausencia de mezcla apropiada en el baño metálico sin excesiva oxidación del baño metálico y oxidación de la escoria. Los efectos benéficos de la mezcla mejorada resultante de los chorros coherentes soplados desde arriba de gas inerte o de oxígeno-gas inerte en las caldas de bajo carbono, incluyen descarburización de acero mejorada, contenido de FeO disminuido en la escoria, dando como resultado una mejor producción de hierro y reducción en la erosión refractaria inducida por escoria, reducción en el oxígeno disuelto en el metal, con resultado de un menor consumo de aluminio en la cuchara de colada, un contenido de manganeso más alto en el metal, dando como resultado un consumo menor de ferro manganeso, desulfuración y desfosforización mejoradas, y captación de hidrógeno reducida. En la figura 4 se muestra una comparación del nivel de oxígeno disuelto en el acero refinado como una función del nivel final del carbono disuelto por tres prácticas. La curva A ilustra el de un proceso con BOF convencional con agitación en el fondo, con chorros de oxígeno convencionales (40,000 Nm3/h) y argón soplado a través de toberas en el fondo del convertidor (800 Nm3/h). La curva B ilustra el de un proceso con BOF agitado en el fondo, con chorros de oxígeno coherentes y con argón soplado a través de las toberas en el fondo del convertidor. La curva C ilustra el de la invención que en este ejemplo usó chorros coherentes con argón soplados en lugar de soplado de argón a través de toberas en el fondo del convertidor. el nivel de oxígeno disuelto refleja la cantidad de metálicos que han sido oxidados y perdidos en la escoria. También refleja la cantidad de desoxidante, por ejemplo aluminio, el cual tiene que usarse para eliminar el oxígeno disuelto y hacer el acero apropiado para la fundición. Como puede verse a partir de los resultados que se muestran en la figura 4, la práctica de esta invención produce resultados que son superiores a los que se logran con prácticas conocidas, particularmente a niveles de carbono muy bajos. Si bien la invención ha sido descrita en detalle con referencia a ciertas modalidades preferidas, los conocedores de la materia se darán cuenta de que hay otras modalidades de la invención dentro del espíritu y el alcance de las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir acero de bajo carbono, que comprende las siguientes etapas de refinación secuenciales: (A) proporcionar oxígeno en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de gas desde una lanza hacia acero fundido que tiene una concentración de carbono mayor que 0.30 por ciento por peso, después de eso (B) proporcionar oxígeno en el menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido; y después de eso (C) proporcionar oxígeno y un gas inerte en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido; dichas etapas de refinación sirven para producir acero de bajo carbono.

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el recubrimiento de gas contiene oxígeno y nitrógeno.

3. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el recubrimiento de gas se proporciona desde la lanza a través de un solo anillo de puertos alrededor de una pluralidad de boquillas.

4. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el oxígeno se proporciona en una pluralidad de corrientes tanto en la etapa (A) como en la etapa (B).

5. El método de la reivindicación 1, caracterizado además porque el oxígeno y el gas inerte se proporcionan en una pluralidad de corrientes en la etapa (C).

6. Un método para producir acero de bajo carbono, que comprende las siguientes etapas de refinación secuenciales: (A) proporcionar oxígeno en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de gas desde una lanza hacia acero fundido que tiene una concentración de carbono mayor que 0.30 por ciento por peso, después de eso (B) proporcionar oxígeno en el menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido; y después de eso (C) proporcionar un gas inerte en al menos una corriente envuelta en un recubrimiento de llama desde la lanza hacia el acero fundido; dichas etapas de refinación sirven para producir acero de bajo carbono.

7. El método de la reivindicación 6, caracterizado además porque el recubrimiento de gas contiene oxígeno y nitrógeno.

8. El método de la reivindicación 6, caracterizado además porque el recubrimiento de gas se proporciona desde la lanza a través de un solo anillo de puertos alrededor de una pluralidad de boquillas.

9. El método de la reivindicación 6, caracterizado además porque el oxígeno se proporciona en una pluralidad de corrientes tanto en la etapa (A) como en la etapa (B).

10. El método de la reivindicación 6, caracterizado además porque el gas inerte empleado en la etapa (C) es argón. RES UMEN U n método para producir acero de bajo carbono, en donde se descarburiza el acero fundido en un procedimiento de refinación de tres etapas, que comprende una primera etapa en donde se proporciona oxígeno para la descarburización, envuelto en un recubrimiento de gas, una segunda etapa en donde se proporciona oxígeno para la descarburización envuelto en un recubrimiento de llama , y una tercera etapa en donde se proporciona gas inerte u oxígeno y gas inerte envuelto en un recubrimiento de llama.