NL8200496A

NL8200496A - Werkwijze voor het zuiveren van metaal.

Info

Publication number: NL8200496A
Application number: NL8200496A
Authority: NL
Original assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1982-02-09
Publication date: 1983-05-16
Also published as: FR2515211B1; IT1154277B; AU534102B2; BR8200696A; CA1179506A; GB2108531B; FR2515211A1; US4450005A; GB2108531A; IT8247752A0; ZA82790B; BE892061A; DE3204331A1; JPS5873732A; AU8023582A

Description

£ -¾ vo 3096

Werkwijze voor het zuiveren van metaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor bet zuive-ren van metaal door een zuiveringsgas dat omgeven is door een koelgas te blazen in de smelt van bet te zuiveren metaal met behulp van een. mondstuk met concentrisch multipijpsysteem, b.v. een mondstuk met con-5 centriscb dubbelpijpssysteem, dat gelegen is beneden het oppervlak van de smelt in een metaalzuiveringsvat, en meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het beschermen van het mondstuk met concentrisch multipijpssysteem.

In een conventioneel mondstuk met concentrisch dubbelpijpssy-10 steem (verder eenvoudigweg aangeduid als dubbelpijpsmondstuk) van een metaalzuiveringsvat, wordt hoofdzakelijk zuurstofgas in de te zuiveren smelt geblazen vanuit de inwendige pijp en wordt een koelgas in de smelt geblazen vanuit de uitvendige pijp van het dubbelpijpsmondstuk.

Als koelgas wordt hoofdzakelijk een koolwaterstofgas zoals methaan 15 of propaan gebruikt in het metaalzuiveringssysteem en als een van de verbeteringen die voor een dergelijke verkwijze zijn voorgesteld, is een methode voorgesteld die een veel beter koeleffect geeft dan bij gebruik van CO^ of stoom als koelgas kan worden bereikt. In deze ver-beterde methode wordt koolwaterstofgas gebruikt in een hoeveelheid 20 van iets minder dan 10 gew.$ van de hoeveelheid ingeblazen zuurstofgas zoals b.v. in het Amerikaanse octrooischriffc 3-706.5^9 is beschre-ven. De technische essentie van de voorgestelde methode is derhalve om de hoeveelheid koelgas naar de hoeveelheid ingeblazen zuurstof te regelen.

25 In deze methode is het toegepaste koelgas echter beperkt tot ! een koolwaterstofgas en het is bevestigd dat wanneer de soort koelgas wordt veranderd of wanneer de afmetingen van het mondstuk worden ver-anderd, het gewenste koeleffect niet altijd kan„worden gerealiseerd, zelfs niet wanneer de hoeveelheid toegepast koelgas wordt ingesteld 30 op een hoeveelheid van minder dan 10 gew.% van de hoeveelheid ingebla- 8200496 * ♦ - 2 - zen zuurstofgas.

Doel van de uitvinding is om een verbeterde metaalzuiverings-methode te verschaffen onder toepassing van een mondstuk met concen-trisch multipijpssysteem.

5 Een ander doel van de uitvinding is om een mondstukbeschermings- methode te verschaffen waarmee een uitstekend mondstukkoeleffect kan worden bereikt tijdens de zuivering van een metaal onder toepassing van een mondstuk met concentrisch multipijpssysteem, ongeacht het ge-bruikte koelgas en de afmetingen van het gebruikte mondstuk.

10 Als koelgassen kunnen volgens de uitvinding gassen worden ge- bruikt zoals de koolwaterstofgassen (propaan, propeen enz.), kooldioxy-de en argon, zoals in de onderstaande voorbeelden genoemd, alsmede stikstof (koelcapaciteit: 0,36 - 0,1)-3 kcal/Ncm), koolmonoxyde (koel-capaciteit: 0,38 - 0,1*5 kcal/Mnr), ammoniak (koelcapaciteit: 0,6 -15 0,65 kcal/Ndm^), stoom (koelcapaciteit: 0,1*7 - 0,57 kcal/Ndm^), en mengsels van deze gassen. Het is 00k mogelijk om een industrieel oven-afvalgas zoals convertorafvalgas, hoogovengas, kooksovengas, enz. of een verbrandingsafvalgas uit een industrieel fornuis zoals een verhit-tingsfornuis, een sinterfomuis enz., te gebruiken.

20 Als resultaat van hun onderzoekingen’ naar de effecten van ver- andering van de soort koelgas of de afmetingen van het dubbelpijps-mondstuk op het koeleffect van het mondstuk, is door de uitvinders bevestigd, dat het gewenste koeleffect kan worden bereikt door regelen van de stroomsnelheid per minuut van een koelgas, dat geleid wordt 25 door de door gang voor het koelgas, die gevormd wordt tussen de buiten-ste pijp en de inwendige pijp van het mondstuk, zoals gedefinieerd door de volgende vergelijking I:

A(feal/Nam3) ^ Β(Ν^3Μηί , & k (Soal/=m2.mn.) I

/^Dl(cm) x Δ T(cm) 1 ' 30 waarin A de koelcapaciteit van het koelgas is; B de stroomsnelheid van het koelgas is; /7*Di de inwendige omtrek van de buitenste pijp is; en ^ T de wanddikte van de buitenste pijp is.

Fig.l is een schematisch aanzicht in doorsnede dat een uitvoe-ringsvorm van een in de werkwijze volgens de uitvinding toegepast 35 mondstuk toont; 8200496 i > - 3 -

Fig-2 is een plaatje waarin de relatie tussen de afmetingen van het mondstuk en de mate van mondstuksmeltverlies vordt getoond vanneer de doorgeblazen hoeveelheid koolvat erst of gas wordt vastgesteld in overeenstemming met de doorgeblazen hoeveelheid zuurstof; 5 Fig-3 is een plaatje dat de mate van mondstuksmeltverlies toont vanneer de soort en de stroomsnelheid van het koelgas vorden veranderd terwijl de afmetingen van het mondstuk constant vorden gehouden;

Fig.4 is een grafiek die de relatie toont tussen de hoeveelheid koelgas en de mate van mondstuksmeltverlies in het geval dat propaan 10 als koelgas vordt gebruikt;

Fig.5 is een grafiek die de relatie toont tussen de hoeveelheid koelgas en de mate van mondstuksmeltverlies in het geval dat C02 als koelgas vordt gebruikt; en

Fig.6 is een grafiek die de gebieden toont van de koelgasstroom-15 snelheden die volgens de uitvinding bruikbaar zijn in het geval van verschillende soorten koelgassen met de veergegeven koelcapaciteiten.

De uitvinding zal thans in detail vorden toegelicht.

De uitvinders hebben het effect van meerdere verschillende afmetingen van dubbelpijpsmondstukken en meerdere verschillende koelgas-20 sen op het koeleffect van het dubbelpijpsmondstuk onderzocht en daar-bij het volgende gevonden.

Allereerst is met betrekking tot de afmetingen van het mondstuk bevestigdj dat naarmate de vanddikte van de buitenste pijp die het mondstuk vorrnt, dikker vordt en/of de binnenomtrek van de buitenste 25 pijp groter vordt, het steeds las tiger vordt om een voldoende koeleffect met dezelfde hoeveelheid koelgas te realiseren. Wanneer dus de vanddikte van de buitenste pijp vordt vergroot of de invendige omtrek van de buitenste pijp groter vordt gemaakt, moet een grotere hoeveelheid koelgas vorden gebruikt om het gevenste koeleffect te bereiken.

30 Vervolgens is met betrekking tot het koelgas gevonden, dat zelfs wanneer de vanddikte en de invendige omtrek van de buitenste pijp gelijk zijn, de stroomsnelheid van het koelgas moet vorden veranderd om hetzelfde koeleffect te verkrijgen vanneer de soort koelgas verschilt.

35 Als gevolg van verschillende experimenten is bevestigd dat een 8200496

• V

-k - voldoende koeleffect kan worden bereikt terwijl bet optreden van smelt-verlies van een concentrisch multipijpsmondstuk dat beneden bet opper-vlak van de smelt is gelegen, wordt verhinderd, wanneer een koelgas wordt geleid door de door gang voor het koelgas op een 'zodanige wijze, 5 dat wanneer de omtrek van de doorgang voor bet koelgas wordt weergege-ven door de inwendige omtrek van de buitenste pijp van bet mondstuk, de warnrte onttrekkende boeveelheid van het koelgas in de koelgasdoor-gang (de voelbare warmte en de latente warnrte van bet koelgas) corres-pondeert met 10 600(^Di(cm) x ^ T(cm) )kcal/min. tot lk00(^Di(aa)x/\ T(cm) )kcal/min per minuut (waarin J^Di en A T dezelfde betekenis hebben als in ver-gelijking I).

De reden voor deze beperking van de hoeveelheid koelgas in de methode volgens de uitvinding zal onderstaand in detail worden toege-15 licht.

Fig.1 is een aanzicht in doorsnede, waarin de structuur wordt getoond van een bodeminblaasdubbelpijpsmondstuk voor het metaalzuive-ringsvat (10 ton) dat gebruikt is voor het verkrijgen van de experimen-tele gegevens waarop de uitvinding is gebaseerd. Het dubbelpijpsmond-20 stuk is samengesteld uit een inwendige pijp 1 voor bet inblazen van een hoofdzakelijk uit zuurstof bestaand zuiveringsgas en een buiten-pijp 2. Een koelgas wordt geleid in de ringvormige ruimte tussen de buitenpijp 2 en de binnenpijp 1 door middel van een met een koelgas-bron verbonden geleiding 3. De buitenpijp 2 is omgeven door een vuur-25 vaste voering k.

De afmetingen van de dubbelpijpsmondstukken, die in het experiment zijn gebruikt, zijn in tabel A aangegeven.

Tabel A

Mondstukafmetingen 30 Mondstuk Binnenpijp Buitenpijp

No. (a) (b) (c) (a) (b) (c) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 1 15 21 3,0 23 29 3,0 2 15 21 3,0 23 27 2,0 35 3 15 21 3,0 2h 27 1,5 8200496 - 5 - label A (vervolg) k 15 21 · 3,0 25 29 2,0 5 23 29 3,0 31 35 2,0 6 ' 23 29 3,0 31 3T 3,0 5 7 23 29 3,0 33 3T 2,0 8 6 10 2,0 12 16 2,0 9 6 9 1,5 11 1¾ 1,5 10 6 9 1,5 13 IT 2,0 (a): '.inwendige diameter IQ Cb): uitwendige diameter (e): wanddikte

Fig.2 toont het mondstuk smeltverlies voor verschillende verhou-dingen van het koelgas (propaan) tot de hoeveelheid zuurstofgas die vanuit de hodem van het zuiveringsvat is ingehlazen in het geval dat 15 een metaalzuivering wordt uitgevoerd met hehulp van de in tahel A

weergegeven mondstukken als mondstuk. De in de figuur· door cirkels om-geven cijfers zijn de mondstuknummers die in tahel A zijn gegeven.

Zoals nit de getoonde resultaten duidelijk blijkt, is het, a£-hankelijk van de afmetingen van het mondstuk, niet altijd mogelijk om 20 optimale resultaten te bereiken wanneer als koelgas een koolwaterstof-gas (propaan) wordt gebruikt door de ingehlazen hoeveelheid koelgas te regelen op minder dan 10 gev.% van de ingehlazen hoeveelheid zuur-stof. Verder wordt in het geval dat mondstukken No.1 en 9 als getoond in tahel A worden gebruikt, het heste resultant hereikt wanneer de in-25 gehlazen hoeveelheid koolwaterstofgas (propaan) groter is dan 10 gew.% van de ingehlazen hoeveelheid zuurstof. Deze feiten laten zien dat een eenvoudige regeling van de ingehlazen hoeveelheid van een koelgas op een hoeveelheid van minder dan 10 gew.$ van de ingehlazen hoeveelheid zuurstof niet altijd voor hescherming van het mondstuk het heste 30 is.

Anderzijds werd het smeltverlies van het mondstuk voor ver-scheidene koelgassen onderzocht, waaronder kcoldioxyde en argon, met verschillende stroomsnelheden. De verkregen resultaten worden in fig.3 getoond. Uit deze figuur is het duxdelijk, dat het smeltverlies van 35 het mondstuk sterk verschilt voor verschillende soorten en/of stroom- 8200496 - 6 - snelheden van het koelgas.

Uit deze resultaten is duidelijk, dat een voldoende mondstuk-koeleffect niet kan worden verzekerd bij het zuiveren van metaal door eenvoudigweg de ingeblazen hoeveelheid van een koelgas naar de ingebla-5 zen hoeveelheid zuurstof te regelen. Met de soort koelgas en de afme-tingen van het als mondstuk toegepaste mondstuk moet eveneens rekenihg, worden gehouden voor het verkrijgen van een voldoende mondstukkoel-effect.

Om de relatie tnssen mondstuksmeltverlies en de afmetingen van 10 het mondstuk te vinden hebben de uitvinders de testresultaten geevalu-eerd, die verkregen varen door verschillende veranderingen aan te bren-gen in 1) de stroomsnelheid van het koelgas en 2) de afmetingen van het mondstuk, waarbij propaan of kooldioxydegas als koelgas werd gebruikt. De verkregen resultaten werden geevalueerd met betrekking tot de vol-15 gende waarden en er werd gevonden, dat een voldoende bescherming van het mondstuk kan worden gerealiseerd door de ingeblazen hoeveelheid van het koelgas zodanig te regelen, dat deze waarde wordt gehandhaafd binnen een bepaald gebied:

-^(Idm-Vmin.) — = c(ldm3/cm2.min.)' II

2Q ^Di(cm) x Δ T(cmJ

waarin B de stroomsnelheid van het koelgas per minuut is; ^"Di de in-wendige omtrek van de buitenpijp is (de buitenomtrek van de koelgas-doorgang); /\ T de wanddikte van de buitenpijp is; en C de hoeveelheid koelgas is die aan de koelgasdoorgang moet worden toegevoerd.

25 Bovendien is gevonden dat het bovenbeschreven gebied verschilt met de soort koelgas, zoals in de fig.U en 5 is getoond. Meer in het 3 2 bijzonder is dit gebied 200 - ^00 Ndm /cm .min. voor propaan terwijl het TOO - 1300 ITdm3/cm2.min. is voor C0g.

De uitvinders hebben aangenomen dat het verschil veroorzaakt 30 werd door verschillen in de eigenschappen van het koelgas, d.w.z. door verschillen in constante druk, soortelijke warmte'en ontledingswarmte van de gassen. M.a.w. namen zij aan dat in het geval dat een koelgas wordt gebruikt dat minder verandering in de hoeveelheid warmte (veran-dering in de hoeveelheden voelbare warmte en latente warmte) per Ndm 35. van het koelgas vertoont (b.v. C0g), een verhoging van de stroomsnel- 8200496 * - 7 - heid van het koelgas nodig was in ver^elijking tot het geval waarin een koelgas wordt' gebruikt dat een grote verandering in de hoeveelheid warmte vertoont (b.v. propaan).

Er werden derhalve verscheidene gassen getest en de verande-. . . 3 5 ring m de hoeveelheid warmte per Ncim daarvan werd gedefinieerd als "de koelcapaciteit van het koelgas". De relatie tussen de koelcapaei-teit van elk koelgas en de hoeveelheid van het koelgas wordt getoond in fig. 6 voor alle in bovengenoemde test toegepaste koelgassen. Als resultant werd gevonden dat (1) voor een bepaald koelgas er een bepaald f 10 gebied van waarden bestaat voor de bovengenoemde verhouding, waarbin-nen het opt reden van mondstuksmeltverlies kan worden verhinderd, en (2) deze waarden omgekeerd evenr.edig zijn met de koelcapaciteit van het koelgas. D.w.z. dat in fig.6 het teken "0" toont dat het mondstuk smeltverlies zeer klein was, het teken het gebied toont waarin 15 mondstuksmeltverlies door onvoldoende koeling werd gelnduceerd, en het teken "X" een abnormaal mondstuksmeltverlies toont, dat veroor-zaakt is door de instabiliteit van de koelgasstroom als gevolg van overmatige koeling.

Gebruikmakend van de in fig.6 getoonde informatie kan het mond-20 stuk effectief worden beschermd, ongeacht de soort toegepast koelgas of de afmetingen van het mondstuk, door de stroomsnelheid van het koelgas te regelen zoals gedefinieerd door: Α^Κ)Δ τίί2)3^Β,)· 600 - 25 waarin A, B, /?“Di, en ^ T dezelfde betekenis hebben als gedefinieerd in vergelijking I.

De uitvinding zal nu aan de hand van de volgende voorbeelden nader worden toegelicht.

Voorbeeld I

30 Gebruikmakend van een 100 ton convertor die voorzien was van vier dubbelpijpsmondstukken met de volgende afmetingen, werd gesmol-ten staal gezuiverd door onder de volgende omstandigheden te blazen: Afmetingen van het mondstuk: inwendige diameter van de hinnenpijp: 15 mm 35 uitwendige diameter van de binnenpijp: 23 mm 8200496 a - 8 - invendige diameter van de buitenpijp: 25 mm uitvendige diameter van de 'buitenpijp: 31 mm

Hoeveelheid 02 vanuit de vier binnenpijpen: 350 Nm /uur per pijp.

5 Stroomsnelheid van het koelgas (LPG), dat door de vier pijpen verd geblazen: : 3 · 33 Nm /uur per pijp.

Verhouding van koelgas tot 02~gas: 13 gev.$.

10 De aan de koelgasdoorgang toegevoerde hoeveelheid koelgas ge- definieerd door vergelijking II: 233 Ndm /cm .min.

Zoals duidelijk is uit fig.lj· valt de verkvijze onder deze om- 2 standigheden hinnen het gebied van 600 - 1^00 kcal/cm .min. en het 15 smeltverlies van de mondstukken bedroeg 1 mm/charge. Vergelijkingsvoorbeeld 1

Gebruikmakend van een 100 ton convertor , voorzien van vier dub- belpijpsmondstukken met de volgende afmetingen, verd een gesmolten staal gezuiverd door blazen onder de volgende omstandigheden: 20 !· Afmetingen van het mondstuk: invendige diameter van de binnenpijp: 16 mm uitvendige diameter van de binnenpijp: 19 mm invendige diameter van de buitenpijp: 20,8 mm uitvendige diameter van de buitenpijp: 25,^ mm 25 Hoeveelheid 0„ uit de vier binnenpijpen: 3 ^ 5β7 Nm /uur per pijp.

Stroomsnelheid van het koelgas (LPG) dat door de vier pijpen verd geblazen:

O

U'O Nm /uur per pijp.

30 Verhouding van koelgas tot het 0^-gas: 9,7 gev.$

Aan de koelgasdoorgang toegevoerde hoeveelheid koelgas: kkk Ndm /cm .min.

Zoals duidelijk is uit fig.U, lag de verkwijze onder deze om- 2 35 standigheden buiten het gebied van 600 - 1^00 kcal/cm .min en het smelt- 8200496 f - 9 -

η. I

verlies van het mondstuk was 12 mm/charge.

Voorbeeld II

Dezelfde werkwijze als in voorbeeld I werd gevolgd, waarbij de volgende vier dubbelpijpsmondstukken werden gebruikt en vel onder de 5 volgende omstandigheden: ^ i Afmetingen van het mondstuk: inwendige diameter van de binnenpijp: 15 mm uitwendige diameter van de binnenpijp: 19 mm inwendige diameter van de buitenpijp: 25 mm 10 uitwendige diameter van de buitenpijp: 31 mm

Hoeveelheid 0„ uit de vier binnenpijpen: 3 ^ 350 Km /uur per pijp.

Stroomsnelheid van het koelgas (CO^) dat door de vier pijpen werd geblazen: o ' 15 88 Net/uur per pijp.

Verhouding van koelgas tot het O^-gas: 25 gev.%.

Hoeveelheid aa.n de koelgasdoorgang toegevoerd koelgas: 1000 Hdm^/em^.min.

20 In dit voorbeeld was het smeltverlies van de mondstukken 0,8 mm per charge.

8200496

Claims

1. Werkwijze voor het zuiveren van een metaal door een zuiverings-gas, omgeven door een koelgas, te blazen in de smelt van het te zuive- . . ren metaal onder toepassing van een mondstuk met concentrisch multi-pi jpssys teem, gelegen heneden het oppervlak van de smelt in een zuive-5 ringsvat, met het kenmerk, dat de stroomsnelheid vordt geregeld van het koelgas, dat geleid vordt door de doorgang voor het koelgas die gevormd vordt tussen de buitenste pijp en de daarnaast gelegen binnen-pijp van het mondstuk, zoals gedefinieerd door de volgende vergelij-king:

10 A(kcal/iTdm^) x B(Hdm^/min.) /·ΛΛ /, ,,2. λ , \-75—=τ—ί— --= 600 - 1400 (kcal/cm .min.) ^Di(cm) Σ a 1(a) waarin A de koelcapaciteit van het koelgas is; B de stroomsnelheid van het koelgas is; #"Di de invendige omtrek van de buitenste pijp is; en Δ T de wanddikte van de buitenste pijp is.

2. Werkwijze voor het zuiveren van metaal volgens conclusie 1, met • ♦ het kenmerk, dat het mondstuk met concentrisch multipijpssysteem een mondstuk met concentrisch dubbelpijpssysteem is.

3. Werkwijze voor het zuiveren van metaal volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een koolwaterstofgas, kooldioxydegas, kool-20 monoxydegas, of argongas als koelgas wordt toegepast. 1+. Werkwijze voor het zuiveren van metaal volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het koolwaterstofgas propaangas of propeengas is.

5· Werkwijze voor het zuiveren van metaal volgens een of meer van de conclusies 1-1+, met het kenmerk, dat het zuiveringsgas zuurstof-25 gas is. 8200496