MXPA99011035A

MXPA99011035A - Metodo y sistema para producir acero con bajo contenido de nitrogeno

Info

Publication number: MXPA99011035A
Application number: MXPA/A/1999/011035A
Authority: MX
Inventors: Zasowski Peter; Bommaraju Rama
Original assignee: Ag Industries Inc
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-09-04

Abstract

Un método de introducir un material fundente desnitrogenizante en un depósito de metal fundido incluye los pasos de proporcionar un vector parecido a alambre que tiene un núcleo interior de material fundente y una capa exterior que se usa para contener el núcleo interior, y usar una máquina de alimentar alambre para introducir el vector parecido a alambre en un depósito de metal fundido. En comparación con las técnicas convencionales de extracción superior de escoria, este proceso permite inyectar el material del que se hace el núcleo interior, al depósito de metal fundido a una velocidad y dirección que promueven una mezcla controlada del material fundente y el metal fundido.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA PRODUCIR ACERO CON BAJO CONTENIDO DE NITRÓGENO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención Esta invención se refiere en general al campo del procesado metalúrgico, y más específicamente a procesos para añadir materiales, tales como fundentes, a metal fundido, tal como acero líquido.

Descripción de la técnica anterior En la producción de metales como acero, a veces es deseable eliminar elementos de traza indeseados del metal líquido reaccionando uno o varios materiales fundentes con el metal líquido. Por ejemplo, se considera en general que el nitrógeno es un elemento indeseado en acero. El nitrógeno entra en el acero líquido del aire y los contaminantes, como aceite, que pueden penetrar en la materia prima y reciclada de la que se hace el acero. El nitrógeno cambia las propiedades mecánicas del acero, haciéndolo más duro y menos dúctil. También se puede combinar químicamente con a-^rainio, u otros elementos, para formar inclusiones, que afectan a la calidad del producto. También pueden migrar compuestos combinados a los límites de grano en la microestructura del acero, debilitando el acero a temperaturas elevadas, dando lugar a fisuras intergranulares. En especial, los niveles de nitrógeno son un problema en el acero que se produce mediante los denominados "mini-laminadores", que generalmente utilizan hornos de arco eléctrico para fundir el acero y que también tienden a usar un nivel relativamente alto de escoria de metal como material fuente. No es insólito ver aceros producidos en dichas instalaciones con un contenido de nitrógeno del orden de aproximadamente 60 partes por millón (ppm) a aproximadamente 120 ppm. Por otra parte, los aceros que se hacen en laminadores con un horno de oxígeno básico tienen un contenido de nitrógeno que de ordinario es del orden de aproxímadamente 30 a aproximadamente 50 ppm. Sin embargo, algunas aplicaciones especiales, tales como para carrocerías de automóvil, requieren niveles de nitrógeno de sólo 20 ppm. Tales instalaciones utilizan equipo de desgasificación por vacío, que expone esencialmente el acero líquido a condi-ciones de casi vacío para descarburizar el acero. Se puede lograr un cierto grado de extracción de nitrógeno como subproducto de este proceso. Por desgracia, este proceso es caro y no es capaz de extraer el nitrógeno que ya se ha combinado químicamente con otros elementos, como aluminio. Más recientemente, se ha propuesto usar fundentes para extraer nitrógeno de acero fundido añadiendo una escoria sintética de cuchara de la composición apropiada a la superficie superior del acero fundido dentro de una cuchara. El proceso de escoria superior, que también es práctica or-diñaría para desulfurar acero, consiste en calentar el acero dentro de la cuchara durante un período de tiempo prolongado y hacer circular el acero, exponiendo por ello todo el metal fundido durante el tiempo a la interfaz de reacción de metal-escoria . Aunque la desnitrogenización con la escoria de cuchara superior es prometedora en el sentido de que permite una reducción de nitrógeno a niveles que de otro modo no se pueden alcanzar con otros procesos, tiene varias limitaciones prácticas y, en consecuencia, no se usa ampliamente en la práctica en este momento. El tratamiento de desnitrogenización con escoria de cuchara superior re-quiriría la despumación de la escoria transportada por el horno de la cuchara y la introducción de un fundente de cuchara desnitrogenizante sintético de una composición específica en la parte superior del acero líquido. La adición de tal fundente a la cuchara que ya contiene otra escoria no sería deseable y efectiva debido al efecto de dilución realizado por la otra escoria. Los efectos de la extracción de nitrógeno mediante este procedimiento serían cuestionables debido a la variabilidad de la composición de la escoria de cuchara diluida. Las operaciones de despumación, que no son infrecuentes en algunas prácticas, como los procesos especiales de desulfuración, consumen mucho tiempo y no son energéticamente rentables. La pérdida de temperatura del acero en la cuchara no cubierto con escoria puede ascender a 100-150 grados F dependiendo del tipo de operación. La adición de mezcla fundente de escoria sólida requiere un calentamiento prolongado para fundir y poner la mezcla en solución. Esto requiere una gran cantidad de tiempo y energía, que son factores caros en el costo general de producción. La desnitrogenización usando fundentes está siendo ex-plorada en varias _ universidades a escala experimental. La extracción de nitrógeno del acero parece tener lugar tanto en fundentes ácidos como básicos. La capacidad de nitruro de los fundentes tiene una dependencia en forma de V sobre la basicidad óptica. La capacidad de nitruro es alta a baja basicidad óptica; a medida que aumenta la basicidad óptica, llega a un mínimo y empieza a aumentar más tarde. Sommervi-le y colaboradores explican que este comportamiento está relacionado con los efectos estructurales; el nitrógeno que sustituye a los oxígenos en la red muestra una relación inversa con la basicidad, mientras que la sustitución de oxígenos "libres" está directamente relacionada con la basici-dad. Aunque el conocimiento de la desnitrogenización con fundentes está mejorando, las técnicas usadas en estos estudios son a escala de laboratorio y han empleado el método de escoria superior. Como se ha explicado anteriormente, esta técnica tiene varias limitaciones prácticas para usos técnicos rutinarios. Artículos que tratan de la desnitrogenízación con fundente, cuyos detalles se incorporan a este documento como se si expusiesen totalmente aquí, son los siguientes: Stu-dies on Slags for Ni trogen Removal from Steel , J . P. Fe-rreira y colaboradores [75th Steelmaking Conference, Iron & Steel Society, April 5-8. 1992, Toronto, Ontario, Canadá -Abstracts], págs. 216-217; Studies of Ni trogen in Steel in a Plasma I?duction Reactor wi th a BaO-TiOz Slag, L. B. McFeaters y colaboradores, [75th Steelmaking Conference, Iron & Steel Society, April 5-8. 1992, Toronto, Ontario, Canadá - Abstracts], págs. 218-219; y The Behavior of Ni trogen During Plasma -Enhanced Refining, M. Takahashi y colaboradores, [75th Steelmaking Conference, Iron & Steel So-ciety, April 5-8. 1992, Toronto, Ontario, Canadá - Abs-tracts] , págs. 220-221; y Synthetic Slags for Ni trogen Removal , J. P. Ferreira, I. D . Sommerville and A . Mclean, [Iron and Steelmaker, Mayo 1992], págs. 43-49; y The Use and Misuse of Capaci ties in Slags, I. D. Sommerville, A. Mclean y Y. D. Young [Proceedings International Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts, 1997 Conference], págs. 375-383; y Solubili ty of Ni trogen in Cao-Sio2- -CaF2 Slag Systems, H. S. Song, D. S. Kim, D. J. Min y P. Rhee [Proceedings International Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts, 1997 Conference], págs. 583-587; y Ni tride Capaci ties in Slags, H. Suito, K. Tomioka y J. Ta- nabe, [Proceedings of 4th International Conference on Mol- ten Slags and Fluxes, L992, Sendai], págs. 161-166. Se necesitan un sistema y proceso mejorados para introducir un undente desnitrogenizante en una cantidad de metal fundido, como acero, de una manera que consuma menos tiempo y desperdicie menos energía que los métodos de adición de fundente y mezcla que se usan convencionalmente.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, un objeto de la invención es propor--_ cionar un sistema y proceso -- mejorados para introducir un fundente desñitrogenizante en una cantidad de metal fundido, como acero, de una manera que consuma menos tiempo y desperdicie menos energía que los métodos de adición de fundente y mezcla que se usan convencionalmente. Para lo- grar los objetos anteriores y otros de la invención, un método de introducir un fundente desnitrogenizante en una cantidad de metal fundido incluye, según un primer aspecto de la invención los pasos de: (a) encerrar el fundente desnitrogenizante con una capa exterior de un material metáli- co "de un punto de fusión igual o inferior en comparación con el metal líquido; y (b) introducir el fundente así ' encerrado en el metal fundido, por lo que la capa exterior se fundirá, introduciendo por ello el fundente en el metal fundido . ~~ Según un segundo aspecto de la invención, un artículo para introducir un fundente desnitrogenizante en una cantidad de metal fundido incluye una capa exterior de un mate-rial metálico que tiene un punto de fusión inferior a la temperatura anticipada de la cantidad de metal fundido; y un fundente desnitrogenizante que se encierra dentro del metal fundido, por lo que la capa exterior se fundirá des-pues de que el artículo haya sido introducido en el metal fundido durante un período de tiempo predeterminado, permitiendo por ello la introducción del fundente desnitrogenizante en el metal fundido a una profundidad por debajo de la superficie superior del metal fundido. , Según un tercer aspecto de la invención, un método de desnitrogenizar una cantidad de metal fundido incluye los pasos de:__(a_) obtener una cantidad de metal fundido; y (b) introducir un fundente desnitrogenizante en el metal fundido de tal mañera que el fundente se exponga al metal fundi-do en una posición que esté a una profundidad sustancialmente por debajo de la superficie superior del metal fundido, promoviendo por ello la mezcla más eficiente del fundente en el metal fundido. Un método de introducir un fundente desnitrogenizante en uña cantidad de metal fundido incluye, según un cuarto aspecto de la invención, los pasos de: (a) suministrar una cantidad de fundente desnitrogenizante a un conjunto de lanza del tipo que incluye una tobera que está construida y dispuesta de manera que se sumerja en metal fundido; y - (b) usar el conjunto de lanza para introducir el fúndente en el metal fundido. Estas" y otras varias ventajas y características novedosas que caracterizan la invención, se señalan con detalle en las reivindicaciones acompañantes y que forman parte de la misma. Sin embargo, para una mejor comprensión de la invención, sus ventajas y los objetos que se alcanzan mediante su uso, se deberá hacer referencia a los dibujos que forman otra parte de la misma, y a la materia descriptiva acompañante, en los __que se ilustra y describe una realización preferida de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La* figura 1 es una ilustración esquemática de una máquina convencional de alimentar alambre, que se muestra en funcionamiento según la invención. La figura 2 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de las líneas 2-2 de la figura 1. - La figura 3 es una ilustración esquemática de un sistema construido según una realización alternativa de la invención . Y la figura 4 es un diagrama esquemático de control. DESCRIPCIÓN DETALLADA V DÍLA(S) REALIZACIÓN (ES) PREFERIDA(S) Con referencia ahora a los dibujos, donde números de referencia análogos designan una estructura correspondiente en todas las vistas, y con referencia en particular a la figura 1," un sistema mejorado 10 para producir acero que tiene bajo contenido de nitrógeno, incluye una fuente 12 de un vector de alambre 14 que se ha construido y dispuesto para introducir un fundente desnitrogenizante en metal fundido, como acero. El sistema 10 utiliza una máquina convencional de alimentar alambre del tipo que incluye una es-tructura de alimentación 16 para alimentar el vector de alambre a una canaleta de guía 18 a una velocidad controlada para hacer que el vector de alambre 14 penetre en el acero fundido 22 a una velocidad y dirección predeterminadas . Como "sé "puede ver en la figura 2, el vector de alambre 14 incluye una capa exterior 24 de un material, como acero, que tiene un punto de fusión que está a o por debajo de la temperatura del metal fundido 22. Preferiblemente, la capa exterior 24 se fabrica a partir de un material de acero con un punto de fusión igual o inferior a la masa fundida líquida, preferiblemente la capa exterior se puede hacer de aceró o" ""aluminio - La capa exterior 24 encierra así la sustancia no metálica en un revestimiento hueco alargado en forma de tubo de material metálico que está diseñado para fundirse después de introducirse en el metal fundido 22. El vector de alambre 14 también incluye un cuerpo in-terior de un material fundente desnitrogenizante en polvo 26, que incluye óxido de calcio (CaO) y al menos un compuesto seleccionado del grupo que consta de óxidos, silicatos, carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos y óxidos, fluoruros, silicatos y carbonatos de metales selec-clonados del grupo que consta de calcio (Ca) , silicio (Si) , magnesio -(Mg) , boro (B) , titanio (Ti) , bario (Ba) y aluminio (Al) . Los materiales fundentes más preferidos son CaO-BaO-Ti02- (Al203) , CaO-Ti02- (Al203) y fundentes con óxido de calcio-boro. Alternativamente, se pueden sustituir por cualquier otro fundente que sea capaz de lograr la desni-trogenizacióñ deseada. Uñ proceso según una realización de la invención incluye encerrar el fundente desnitrogenizante 26 con la capa exterior de material metálico 24 e introducir el fundente 26 asi encerrado en el metal fundido 22, por lo que" la capa exterior se fundirá, introduciendo por ello el fundente en el metal fundido. Otra realización de la invención se ilustra en las figuras 3 y 4. Con referencia en particular a la figura 3, un sistema 30 para introducir un fundente desnitrogenizante 20 en una cantidad de metal fundido 22 que se construye según una realización preferida de la invención, incluye un depó-sito 34, tal como una cuchara, para contener una cantidad de metal fundido 32, tal como acero licuado. El sistema 30 también incluye un conjunto de lanza 36 que incluye preferiblemente un depósito o tolva 38 de un suministro de fun-dente desnitrogenizante 40, y una lanza 42 para introducir el fundente 40 en el metal fundido 32. Preferiblemente, el material fundente 40 es un material fundente desnitrogenizante en polvo que incluye óxido de calcio (CaO) y al menos un compuesto seleccionado del grupo que consta de óxidos, silicatos, carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos y óxidos, fluoruros, silicatos y carbonatos de metales seleccionados del grupo que consta de calcio (Ca) , silicio (Si) , magnesio (Mg) , boro (B) , titanio (Ti) , bario (Ba) y aluminio (Al) . Los materia-les fundentes más preferidos son CaO-BaO-Ti02- (Al203) , CaO-TiOz- (Al203) y fundentes con óxido de calcio-boro. Alternativamente, se pueden sustituir por cualquier otro fundente que sea capaz de lograr la desnitrogenización deseada. Una fuente de presión 44 de un gas inerte, preferible-mente argón, está en comunicación con un primer extremo de la lanza 42, y una válvula de control 46 está interpuesta entre la fuente de presión 44 y la lanza 42 para controlar el flujo del gas inerte a través de la lanza 42. Un segundo extremo de la lanza 42 termina en una tobera 48, que duran-te la operación del sistema 30 está sumergida en el metal fundido 32. La porción de la lanza 42 que se espera que esté sumergida en el metal fundido 32 durante la operación se encierra en un manguito refractario protector 54, como se representa en la figura 3. Un transportador 50 movido por un motor 52 está colocado para suministrar material fundente desde la tolva 38 a la lanza 42 en una posición que está entre la válvula 46 y la tobera 48. Como se puede ver en la figura 4, el sistema 30 incluye un sistema de control que tiene una CPU 56 que controla el funcionamiento del motor 52 y la válvula 56. En la práctica, el sistema 30 se pone en funcionamien- to para "introducir el fundente desnitrogenizante 40 en el metal fundido 32 mediante la CPU 56 que ordena al motor 52 que haga que el transportador 50 introduzca fundente en la lanzadera 42," y abriendo la válvula 46, haciendo así que el fundente 40 sea arrastrado en el flujo de gas inerte que es proporcionado por la fuente de presión 44. El fundente se inyecta después al metal fundido 32 a una profundidad y velocidad preseleccionadas que se eligen para promover la mezcla rápida, eficiente, del fundente 40 con el metal fundido 32. Por^Iconsiguiente, la invención añade fundente des-* nitrogénizante de una manera que consume menos tiempo y desperdicia menos energía que los métodos de adición de fundente y mezcla que son usados convencionalmente. Se ha de entender, no obstante, que aunque se han expuesto numerosas características y ventajas de la presente invención en la descripción anterior, junto con detalles de la estructura y función de la invención, la descripción es ilustrativa solamente, y se pueden hacer cambios de detalle, especialmente en cuestiones de forma, tamaño y disposición de las partes dentro de los principios de la inven- ción en la plena extensión indicada por el amplio significado general de los términos en los que se expresan las reivindicaciones acompañantes.

Claims

Reivindicación e>s

1. Un método de introducir un fundente desnitrogenizante en una cantidad de metal fundido, incluyendo los pasos de : (a) encerrar el fundente desnitrogenizante con una capa exterior de un material metálico que tiene un punto de fusión inferior a la temperatura de la cantidad de metal fundido; y (b) introducir el fundente así encerrado en el metal fundido, por lo que la capa exterior se fundirá, introduciendo por ello el fundente en el metal fundido.

2. Un método según la reivindicación 1, donde el paso (a) se realiza encerrando el fundente en un recubrimiento hueco alargado en forma de tubo de material metálico, formando por ello un vector parecido a alambre.

3. Un método según la reivindicación 2, donde el paso (b) se realiza introduciendo el vector parecido a alambre en el metal fundido usando una máquina convencional de alimentar alambre.

4. Un método según la reivindicación 1, donde dicho fundente desnitrogenizante incluye óxido de calcio (CaO) y al menos un compuesto seleccionado del grupo que consta de óxidos, silicatos, carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos, y óxidos, fluoruros, silicatos y carbonatos de metales seleccionados del grupo que consta de calcio (Ca) , silicio (Si) , magnesio (Mg) , boro (B) , titanio (Ti) , bario (Ba) y aluminio (Al) .

5. Un artículo para introducir un fundente desnitrogenizante en una cantidad de metal fundido, incluyendo: una capa_ exterior de un material metálico que tiene un punto de fusión inferior a la temperatura anticipada de la "cantidad "de metal fundido; y un fundente desnitrogenizante que se encierra dentro del metal fundido, por lo que la capa exterior se fundirá después de "que el artículo haya sido introducido en el metal -- fundido durante un período de tiempo predeterminado, -permitiendo por ello la introducción del fundente desnitrogenizante en el metal fundido a una profundidad por debajo de la superficie superior del metal fundido.

6 . Un artículo según la reivindicación 5, donde dicha capa exterior encierra la sustancia no metálica en un recubrimiento hueco alargado en forma de tubo de material metálico, formando por ello un vector parecido a alambre.

7. Un artículo según la reivindicación 5, donde dicho fundente desnitrogenizante incluye óxido de calcio (CaO) y al menos uñ "compuesto seleccionado del grupo que consta de óxidos, silicatos, carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos y óxidos, fluoruros, silicatos y carbonatos de metales seleccionados del grupo que consta de calcio (Ca) , silicio (Si) , magnesio (Mg) , boro (B) , titanio (Ti) , bario (Ba) y aluminio (Al) .

8. Un método de desnitrogenizar una cantidad de metal fundido, incluyendo los pasos de: (a) obtener una cantidad de metal fundido; y (b) introducir un fundente desnitrogenizante en el metal fundido de tal manera que el fundente se exponga al me-tal fundido en una posición que esté a una profundidad sustancialmente por debajo de la superficie superior del metal fundido, promoviendo por ello la mezcla más eficiente del fundente en él metal fundido .

9. Un método según la reivindicación 8, donde dicho fundente desnitrogenizante incluye óxido de calcio (CaO) y al menos un -compuesto seleccionado del grupo que consta de óxidos, silicatos, carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos y óxidos, fluoruros, silicatos y carbonatos de metales seleccionados del grupo que consta de calcio (Ca) , silicio (Si) , magnesio (Mg) , boro (B) , titanio (Ti) , bario (Ba) y aluminio (Al) .

10. Un método de introducir un fundente desnitrogenizante en una cantidad de metal fundido, incluyendo los pasos de : (a) suministrar una cantidad de fundente desnitrogenizante a un conjunto de lanza del tipo que incluye una tobe-ra "que está construida y dispuesta de manera que se sumerja en metal fundido; y (b) usar el conjunto de lanza para introducir el fundente en el metal fundido.

11. Un método según la reivindicación 10, donde dicho fundente desnitrogenizante incluye óxido de calcio (CaO) y al menos un compuesto seleccionado del grupo que consta de óxidos, silicatos, carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos y óxidos, fluoruros, silicatos y carbonatos de "metales seleccionados del grupo que consta de calcio (Ca) , silicio (Si) , magnesio (Mg) , boro (B) , titanio (Ti) , bario (Ba) y aluminio _ (Al) .