NL7908518A - Werkwijze voor het zuiveren van gesmolten staal. - Google Patents

Description

1 * £ Η. 0.28.457 . r

Werkwijze voor het zuiveren van gesmolten staal.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verbetering in een werkwijze voor het zuiveren van een ferrosmelt door zuurstof van boven het smeltoppervlak in de smelt te blazen, in het algemeen aangeduid als het "hoofdzuurstofproces". Meer in het bijzonder 5 heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het voorkomen of zo klein mogelijk maken van de overloop van materiaal uit de uitmonding van het reservoir, dat plaats kan vinden tijdens de gebruikelijke praktijk van het hoofdzuurstofproces.

Zuurstof wordt gebruikt om de smelt te ontkolen door reactie 10 met de daarin aanwezige koolstof onder vorming van CO, dat uit het reservoir als een gas ontsnapt. Gewoonlijk bevat de niet gezuiverde ferrosmelt tevens silicium en andere oxydeerbare elementen zoals mangaan en fosfor, waarvan de oxiden vloeistoffen of vaste stoffen vormen, die een afzonderlijke slakkenfase vormen. Ealk en andere 15 produkten, zoals dolomiet worden aan het reservoir toegevoegd voor het vormen van een basische slak.

Het is aan de deskundigen bekend, dat zuivering het meest doelmatig is, wanneer, wat in de techniek als een "emulsie", wordt aangeduid, gevormd wordt boven de smelt tijdens de blaasbehandeling 20 met zuurstof. De emulsie is een schuimachtig produkt, dat een complex mengsel bevat van vloeibare oxiden, gasbellen (in hoofdzaak CO), vaste oxidedeeltjes en druppels vloeibaar metaal. Het volume van de emulsie is in het ideale geval enkele malen het volume van de smelt; zie fig. 1.

25 Een probleem*bij het hoofdzuurstofproces is, dat het volume van de emulsie moeilijk te regelen is. Veelal wordt de emulsie zo groot, dat deze morsend werkt, dat wil zeggen de emulsie vult de kopruimte van het réservoir en stroomt over de uitmonding van het reservoir, waardoor verlies veroorzaakt wordt van waardevol metaal 50 en produktietijd en een tijdverbruikende reiniging noodzakelijk wordt.

Tot oudere methoden voor het regelen van de morsing behoren de volgende trappen of verschillende combinaties daarvan ï (1) vermindering van de zuurstofstroom; zie bijvoorbeeld 35 Stravinskas c.s., "Influence of Operating Variables on BOF Yield", I & SM, mei 1978, blz. 33-57; (2) vergroting van de zuurstofstroom; zie bijvoorbeeld 790 85 18 * . 2 9'

Zarvin c.s., "Some Features of Injection in the Melting of Steel in 350-Ton Basic Oxygen Furnaces", Steel in the USSR, december 1976, vol. 6, biz. 659-662; (3) verlaging van de lanspositie; zie bijvoorbeeld Shakirov 5 c.s., "The Mechanism of the Foaming of Basic Oxygen Furnace Slag", Steel in the USSE, juni 1976, vol.6; (4) verhoging van de lanspositie; zie bijvoorbeeld Chemyatevich c.s., "Mechanism of the Formation of Ejections and Spatter from Basic Oxygen Furnaces", Steel in the USSE, October 1976, 10 vol. 6, biz. 544-547; (5) verandering van het ontwerp van het lansmondstuk; zie bijvoorbeeld Baptizmanskii c.s., "Causes of Ejections and of Lancing Conditions in Basic Oxygen Furnace", Stal, april 19.67» biz. 309-512; en 15 (6) modificaties met betrekking tot de hoeveelheid, ingrediën ten en tijdsbepaling van de vloeimiddeltoevoeging; zie bijvoorbeeld Chemyatevich c.s., zie hiervoor.

Helaas is geen van de hiervoor vermelde methoden zeer betrouwbaar, sommige zijn ingewikkeld en sommige vereisen produktievertra-20 ging.

Het is derhalve een oogmerk van de onderhavige uitvinding een werkwijze te verschaffen ter voorkoming van morsing tijdens de hoofdzuurstofzuivering van gesmolten ferrometaal, die eenvoudiger en meer betrouwbaar is dan die volgens de stand der techniek.

25 Het is een ander oogmerk van de onderhavige uitvinding een werkwijze te verschaffen ter voorkoming van morsing tijdens de hoofdzuurstofzuivering van gesmolten ferrometaal zonder produktie-vertragingen te veroorzaken.

Deze en andere oogmerken worden bereikt door de onderhavige 30 uitvinding, die bestaat uit een werkwijze voor het zuiveren van gesmolten ferrometaal, dat in een reservoir aanwezig is, door zuurstof van boven het smeltoppervlak in de smelt te blazen, waarbij een emulsie wordt gevormd boven dit oppervlak, met het kenmerk, dat men morsing van deze emulsie uit het reservoir voorkomt door ί 35 . (a) een inert gas in het reservoir te blazen wanneer morsing dreigt of begonnen is met een voldoende stroomsnelheid om de morsing te stoppen, terwijl de blaasbehandeling met zuurstof voortgaat, en (b) het staken van de blaasbehandeling met inert gas in het 40 reservoir wanneer het morsen is gestopt of niet langer dreigt.

790 85 18 3 · i.

• «

De stroomsnelheid van inert gas die de voorkeur verdient is 5 tot van de stroomsnelheid van zuurstof. De voorkeursmethode van toevoering van inert gas is door de zuurstoflans gemengd met de zuurstof.

5 De uitdrukking "inert gas" beoogt een gas of mengsel van gassen anders dan zuurstof te betekenen. Argon is het inerte gas dat de voorkeur verdient.

De uitdrukking "morsing" beoogt de overstroming van emulsie uit de uitmonding van het zuiveringsreservoir te betekenen.

10 Zoals gebruikt in de conclusie beoogt "voorkoming van morsing" het voorkomen van verdere morsing te voorkomen door dit snel te doen ophouden of het morsen helemaal af te wenden.

Fig. 1 licht een hoofdzuurstofzuiveringsreservoir toe tijdens een blaasbehandeling met zuurstof met een emulsie van een wenselijke 15 grootte.

I’ig. 2 licht een hoofdzuurstofreservoir toe, dat tijdens de zuivering morst.

In fig. 1 heeft een hoofdzuurstofzuiveringsproces plaats in een gebruikelijk, vuurvast bekleed hoofdzuurstofreservoir 1. Het 20 reservoir heeft een aftapopening 2 gelokaliseerd nabij de bovenkant en een uitmonding 3 bij de-bovenkant. Een lans 4 wordt gebruikt om gassen in de smelt te injecteren. De lans, die verbonden is met een hoofdzuurstofleiding 13 kan opgeheven worden, zodat het reservoir kan worden gekanteld om de inhoud ervan te verwijderen.

25 Bij afwezigheid van morsing functioneert de inrichting van fig. 1 als volgt. Eerst worden gesmolten ruw ijzer, afval, kalk en andere materialen, bekend voor de deskundige, in het reservoir gebracht. Vervolgens wordt zuurstof in de smelt 5 geblazen van boven het smeltoppervlak door lans 4» waardoor een inzinking 16 gevormd 30 wordt in het smeltoppervlak. Oxydeerbare elementen in de smelt reageren met zuurstof. Koolstof in de smelt reageert met zuurstof onder vorming van CO gasbellen, die naar het oppervlak van de smelt stijgen en uit de uitmonding van het reservoir ontsnappen. Nadat ruwweg 1/3 van de blaastijd is verstreken, ontstaat emulsie 6, be-35 staande uit een complexfaengsel van vloeibare oxiden, gasbellen, vaste oxidedeeltjes en druppels vloeibaar metaal. De metaaldruppels, die in de emulsie aanwezig zijn, hebben een zeer groot specifiek oppervlak, dat de wenselijke reactie tussen zuurstof en verontreinigingen in de smelt bevordert. In het algemeen zakt de emulsie en 40 tijdens de laatste trappen van de blaasbehandeling met zuurstof.

- 790 85 18 * —4

Zuivering met zuurstof wordt voortgezet tot de smelt de gewenste samenstelling heeft. Vervolgens wordt de zuurstofstroom gestopt, lans 4 wordt opgeheven "boven uitmonding 3 en de gezuiverde smelt wordt vanuit het reservoir door tapopening 2 leeggegoten.

5 Het totale volume van het reservoir is enkele malen groter dan dat van de smelt. Een belangrijk oogmerk van de extra ruimte in het reservoir boven de smelt, dat wil zeggen de kopruimte van het reservoir, is om de emulsie te bevatten. Echter is het volume van de emulsie niet gemakkelijk te regelen en wordt soms groter dan 10 de kopruimte, resulterend in morsing, zoals aangegeven in fig. 2. Hier is het niveau van de emulsie boven de uitmonding 3 gestegen. Golven 7 van emulsie stromen over uitmonding 3 en stromen neerwaarts over de buitenwand van reservoir 1, verminderen de opbrengst, wekken een gevaar voor de veiligheid op en vereisen een reiniging. Yanzelf-15 sprekend kan tijdens de morsing emulsie 8 eveneens het reservoir door tapopening 2 verlaten.

De snelheid van koolstofverwijdering en dientengevolge de CO ontwikkeling volgt als functie van de tijd een in het algemeen blokvormige kromme tijdens de blaasbehandeling met zuurstof. Dit 20 komt omdat vroegtijdig in de blaasperiode het grootste deel van de zuurstof reageert met metallieke verontreinigingen zoals silicium liever dan met koolstof. De vloeibare en vaste oxiden, die aldus zijn voortgebracht, treden in de slakkenfase. Nadat de metallieke verontreinigingen in hoofdzaak zijn geoxydeerd komt meer zuurstof 25 beschikbaar voor en reageert met koolstof in de smelt, waardoor een grotere CO ontwikkeling veroorzaakt wordt. De CO bellen combineren met de slak onder vorming van de emulsie. Tijdens de laatste trap van de blaasbehandeling, naarmate het koolstofgehalte van de smelt daalt, nemen de koolstofverwijderingssnelheid en de CO ontwikkeling 50 af en de emulsie zakt in. Het is tijdens de trap van de grootste CO ontwikkeling, dat morsing het meest waarschijnlijk zal'plaatsvinden.

Bij de praktische uitvoering van de uitvinding dient inert"gas in het reservoir geblazen te worden op het juiste tijdstip en in de geschikte hoeveelheid. Dit wordt bij voorkeur uitgevoerd door een 55toevoerleiding voor inert gas 15 te verbinden met de zuurstoftoevoer-leiding 13, zodat het inerte gas door de zuurstoflans gemengd met zuurstof wordt geblazen. Andere mogelijkheden, zoals het gebruik van afzonderlijke lansen voor het zuurstofgas en het inerte gas of het gebruik van gescheiden passages voor inert gas en zuurstof in 40dezelfde las worden verondersteld aanvaardbaar te zijn. De inert 790 85 18 5 * gasleiding die de voorkeur verdientvoor toepassing tij de onderhavige uitvinding is dezelfde zoals te schreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 880.5^2, ingediend 28 februari 1978.

In deze octrooiaanvrage wordt een werkwijze "beschreven ter 5 "bereiding van staal met een laag stikstof- en laag zuurstofgehalte door inert gas in de smelt te blazen tijdens de laatste trappen van de ontkoling, meer in het bijzonder door argon in te voeren in het BOF reservoir vanaf een tijdstip voordat het stikstofgehalte het minimumniveau heeft bereikt en het voortzetten van de toevoer van 10 argon tot het einde van de blaasbehandeling met zuurstof. Bij deze werkwijze zal waarschijnlijk geen morsing ervaren worden tijdens de blaastrap wanneer argon geïnjecteerd wordt, echter kan toch morsing ervaren worden tijdens de eerdere trappen van de blaasbehandeling wanneer geen argon (of stikstofvrij fluïdum) geïnjecteerd wordt 15 en de CO ontwikkeling groter is. Het is tijdens deze trappen van grote CO ontwikkeling, wanneer volgens deze octrooiaanvrage geen argon wordt toegevoerd, dat zeer waarschijnlijk morsing zal plaats hebben.

Het voorkeurs inerte gas en meest doelmatige inerte gas, 20 onderzocht voor toepassing bij de uitvoering van de uitvinding is en argon, omdat het relatief goedkoop algemeen-verkrijgbaar vrij is van ongewenste verontreinigingen/en een geringe warmtecapaciteit heeft. Echter zijn andere gassen zoals stikstof, neon, xenon, radon, krypton, ko'olstofmonoxide, koolstofdioxide, stoom, ammoniak 25 of een mengsel daarvan technisch aanvaardbare vervangingsmiddelen.

Het ligt voor de deskundige voor de hand, dat wanneer stikstof gebruikt wordt als het inerte gas bij de praktische uitvoering van de onderhavige uitvinding, lucht in plaats daarvan gebruikt kan worden, aangezien lucht voor ongeveer 7990 uit stikstof, 1% uit argon en 20% 30 uit zuurstof bestaat. Aangezien de zuurstofblaasbehandeling wordt voortgezet tijdens de toevoeging van het inerte gas, zal de kleine overmaat zuurstof, toegevoerd met de lucht, niet nadeling het zuiveringsproces beïnvloeden.

Het inerte gas dient toegevoerd te worden in een voldoende 35 hoeveelheid om het niveau van de emulsie te verlagen. De vereiste stroomsnelheid kan variëren met verschillende hoofdzuurstofzuiverings-systemen (BOF). Een hoeveelheid inert gas van 5 tot 30% van de hoeveelheid zuurstof is het voorkeurstraject

De tijdbepaling van toevoering van inert gas is kritisch voor 40 de praktische uitvoering van de onderhavige uitvinding. Zodra morsing 7908518 * ~ ~ 6 s voorkomt, dient men onmiddellijk inert gas aan het reservoir toe te voeren, terwijl de blaasbehandeling met zuurstof wordt voortgezet en de toevoering van inert gas dient te worden voortgezet tot de morsing is gestaakt of niet langer als dreigend wordt beschouwd, 5 dat wil zeggen nadat het gevaar van morsing verondersteld wordt voorbij te zijn. Het tijdig ophouden van de stroom inert gas is eveneens belangrijk, aangezien niet noodzakelijke voortzetting van de toevoer ervan inert gas zal verspillen en de hoogte van de emulsie zal verlagen met het gevolg, dat de doelmatigheid van de zuurstof-10 zuiveringsreactie niet noodzakelijkerwijze wordt verminderd.

Bij voorkeur kan de uitvinding gebruikt worden ter voorkoming van morsing in plaats van morsing, nadat dit heeft plaatsgevonden, alleen maar te stoppen. Dit kan bewerkstelligd worden door argon aan het reservoir toe te voeren, wanneer morsing verondersteld wordt 15 dreigend te zijn. Dreiging van morsing kan bepaald worden door ejectie van kleine hoeveelheden emulsie uit de tapopening van het reservoir. Zodra enige emulsie uit de tapopening verloren gaat, dient inert gas volgens de onderhavige uitvinding te worden toegevoerd.

De toevoer van inert gas kan gestopt worden, wanneer de emulsie 20ophoudt me^te tapopening te stromen.

Voorbeelden

De volgende voorbeelden zullen dienst doen de methode van praktische uitvoering van de uitvinding toe te lichten. Alle hittebehandelingen werden uitgevoerd in een hoofdzuurstofzuiveringssysteem 25met de volgende kenmerken: inhoud van het reservoir: 141,6 m? 2 uitmondingsoppervlak van het reservoir: 8,8 m gewicht afgetapt produkt: 235 ton gebruikt inert gas: argon 30 Be ^rie hittebehandelingen, vermeld in de voorbeelden I tot III, zijn representatief voor 10 proefverhittingen gedurende welke een poging werd gedaan het morsen te stoppen vólgens de bekende techniek van alleen vermindering van de hoeveelheid doorgeblazen zuurstof, dat wil zeggen zonder de onderhavige uitvinding in de praktijk te 35brengen.

Voorbeeld I

De morsing werd het eerst zichtbaar na 9 minuten blazen bij een hoeveelheid van 509,6 Nm^/min zuurstof. De stroomsnelheid van de zuurstof werd verminderd tot 453,6 Um^/min nadat de smelt 9 minuten 40en 10 seconden was doorgeblazen. De morsing vertraagde na 10 minuten 7908518 7 en JO seconden, dat wil zeggen 1,5 minuten nadat deze was "begonnen en werd vervolgens geringer. Tenslotte hield de morsing op na 12 minuten en 30 seconden van verstreken blaas tijd, dat wil z-eggen 3,5 minuten nadat deze was begonnen. Ter voorkoming van de herhaling 5 van het morsen werd de lage zuurstofstroom gehandhaafd tot het einde van de blaasbehandeling, waardoor de produktietijd voor deze hittebehandeling wordt vergroot.

Yoorbeeld II

Een matige morsing begon na 7 minuten en 30 seconden van blazen 10 bij een zuurstofstroomsnelheid van 520,8 Em^/min op welk tijdstip de zuurstoftoevoer verminderd werd tot 420 Nm^/min. Echter ging de morsing voort, werd geringer na 9 minuten en 15 seconden en hield tenslotte na 1 minuten en 25 seconden op. De zuurstofstroomsnelheid werd vervolgens geleidelijk hersteld tot 526,4 Em^/min na 13 minuten 15 en 20 seconden.

Voorbeeld III

Een ernstige morsing begon plotseling na blazen bij een hoeveelheid van 509>6 Em^/min zuurstof na 13 minuten en 10 seconden. De stroomsnelheid van de zuurstof werd verminderd tot 454 Em^/min 20 nadat een blaastijd van 14 minuten en 30 seconden was verstreken.

De morsing hield op in 1 tot 1,5 minuten nadat de zuurstofstroom was verminderd. Zuurstof werd bij de verlaagde snelheid toegevoerd gedurende in. totaal 2,5 minuten.

Van de tien hittebehandelingen, gédurende welke een poging werd 25 gedaan de morsing te doen ophouden door vermindering van de zuurst of stroomsnelheid, hield de morsing binnen 1,5 minuten slechts op tijdens twee van de hittebehandelingen. De morsing ging voort gedurende meer dan 1,5 minuten bij de andere acht hittebehandelingen en verminderde de produktiesnelheid van alle tien hittebehandelingen. 30 Ee voorbeelden IV tot VI zijn illustratief voor de onderhavige uitvinding voor het regelen van de morsing.

Voorbeeld IV

De morsing begon na 15 minuten en 25 seconden van verstreken blaasbehandeling met zuurstof, op welk tijdstip argon in het reser-35 voir werd gevoerd door de zuurstoflans bij een stroomsnelheid van 92,4 Em^/min, terwijl de blaasbehandeling met zuurstof voortgezet werd bij 509»6 Em^/min. De morsing hield in minder dan 20 seconden op, op welk tijdstip de argon werd uitgeschakeld.

Voorbeeld V

40 Een ernstige morsing werd waargenomen na ongeveer .13 minuten 790 8 5 1 8 ' 8 in de blaasbehandeling met zuurstof. Vervolgens werd argon geïnjecteerd in het reservoir zoals hiervoor vermeld in een hoeveelheid van 111,4 Nm /min. De morsing hield in vijf seconden op. De argon-stroom werd na één minuut stopgezet.

5 Voorbeeld VI

De morsing werd waargenomen na 13 minuten blaasbehandeling met zuurstof, op welk tijdstip argon geïnjecteerd werd, zoals hiervoor beschreven, in een hoeveelheid van 89,6 Um^/min. Vrijwel onmiddellijk hield de morsing op. De argonstroom werd gedurende één minuut aange-10 houden en daarna uitgeschakeld. De morsing begon opnieuw en werd opnieuw stopgezet door toevoering van zuurstof, zoals hiervoor beschreven, aangezien het erop leek, dat morsing dreigend bleef, werd de tweede argon-injectie gedurende drie minuten voortgezet.

Het blijkt, dat de onderhavige uitvinding de morsing stopt 15 binnen een zaak van seconden, terwijl de werkwijze volgens de stand der techniek van vermindering van de zuurstofstroomsnelheid enkele minuten vereist om hetzelfde oogmerk te bereiken. Het verkorten van de tijd is een duidelijke vervolmaking, niet alleen uitgedrukt in de snelheid, waarmee de morsing wordt gestopt, maar ook omdat 20 het dit uitvoert zonder verlies van produktietijd. Voorts ging veel minder metaal verloren en veel minder schoonmaak was vereist door de onderhavige uitvinding, omdat de morsing veel sneller werd gestopt.

r 790 8 5 1 8

Claims (6)

1. Werkwijze voor het zuiveren van gesmolten staal, dat in een reservoir aanwezig is, door vanaf boven het smeltoppervlak zuurstof in de smelt te blazen, waarbij een emulsie boven dit oppervlak wordt 5 gevormd, met het kenmerk, dat men het morsen van deze emulsie uit het reservoir voorkomt door: (a) een inert gas in het reservoir te blazen, wanneer de morsing dreigend of begonnen is, bij een stroomsnelheid, die voldoende is om de morsing te stoppen, terwijl de blaasbehandeling met zuurstof wordt 10 voortgezet, en (b) door blaasbehandeling van inert gas in het reservoir te staken, wanneer de morsing is opgehouden of niet langer dreigend is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat men als inert gas argon toepast. 15

3· Werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het ken merk, dat men het inerte gas gemengd met zuurstof in het reservoir blaast door de zuurstoflans.

4· Werkwijze volgens conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat men het inerte gas in het reservoir blaast in een hoe- 20 veelheid die 5 tot 30 vol.% van de hoeveelheid zuurstof bedraagt.

5. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 3, 'met het ken-.m e r k, dat men een in hoofdzaak constante zuurstofstroom handhaaft tijdens het zuiveringsproces.

6. Werkwijze volgens conclusies 1 tot 3,met het k e n - 25. e r k, dat men door blaasbehandeling met inert gas begint onmiddellijk nadat de morsing is begonnen. 790 85 18