NL8200748A

NL8200748A - Werkwijze voor het raffineren van staal met een hoog chroomgehalte.

Info

Publication number: NL8200748A
Application number: NL8200748A
Authority: NL
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1982-02-24
Publication date: 1982-10-01
Also published as: GB2093864B; ZA82634B; AT383615B; US4474605A; JPS6150122B2; DE3204632A1; DE3204632C2; IT8219832A0; BR8201078A; ES510070A0; ES8302787A1; ATA81782A; BE892349A; IT1149679B; AU536668B2; JPS57145917A; AU7998382A; CA1177251A; FR2501236B1; FR2501236A1

Description

3r t VO 3068

Titel: werkwijze voor het raffineren van staal met een hoog chroom- gehalte.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het raffineren van staal met een hoog chroomgehalte en meer in het bijzonder op een proces waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen voor het op zeer economische en praktische wijze raffineren van staal met een 5 hoog chroomgehalte door het type gas, dat via blaasmondstukken langs onder in het gesmolten staal wordt geïnjecteerd, tijdens het raffineren te wijzigen.

Het raffineren van staal met een hoog chroomgehalte door middel van een proces waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen, wordt 10 gewoonlijk uitgevoerd in een convertor ingericht om langs boven en langs onder te blazen, waarbij zuurstofgas langs boven wordt ingeblazen via een lans aan de bovenkant en een roergas in het gesmolten metaal wordt geïnjecteerd via ten minste één blaasmondstuk aan de onderkant- Terwijl het gesmolten metaal wordt geroerd door het roergas, dat door het 15 blaasmondstuk in het gesmolten metaal wordt geïnjecteerd, wordt zuurstof door de lans aan de bovenkant op het gesmolten metaal geblazen, ten einde het gesmolten staal te ontkolen. Tijdens het raffineren wordt een chroomhoudende stof aan het gesmolten metaal toegevoegd, ten einde de samenstelling van de legering in te stellen op de gewenste, vooraf 20 bepaalde staalsamenstelling met een hoog chroomgehalte.

Zoals bij het raffineren van eenvoudig koolstofstaal, worden een aantal metallurgische trappen uitgevoerd om staal met een hoog chroomgehalte te bereiden door middel van een proces, waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen, waaronder de trap van het ontkolen en fos-25 foriseren, waarbij ontkoling, de fosforisering en opwarming van de lading vooral worden beoogd, of de trap van het opwarmen, waarbij de ontkoling en opwarming van de lading worden beoogd, waarbij deze trap wordt toegepast bij een gesmolten ijzer dat is onderworpen aan desili-conisering en defosforisering alvorens het ijzer in de convertor te 30 brengen? de trap van het ontkolen, waarbij een chroomhoudende stof, b.v. een Fe-Cr-legering met hoog koolstofgehalte aan het gesmolten staal wordt toegevoegd en het koolstofgehalte wordt teruggebracht tot 82 ö 0 7 48 * i - 2 - ongeveer 0,3%; de trap van het oxyderen, waarbij de ontkoling wordt voortgezet, ten einde het koolstofgehalte terug te brengen tot een gewenste waarde van 0,05% of minder en een deel van het toegevoegde chroom wordt geoxydeerd en in de slak belandt; en de trap van het 5 reduceren, waarbij, na het stoppen van het inblazen van zuurstof door de lans aan de bovenkant, een Si-houdende stof, b.v. een Fe-Si-legering enz., aan het gesmolten staal wordt toegevoegd ten einde chroom met het Si te reduceren en het aldus gereduceerde chroom terug te winnen in het gesmolten metaal, welk chroom tijdens de voorafgaande oxydatie-10 trap was geoxydeerd en in de slak was beland. Deze metallurgische trappen worden uitgevoerd terwijl het gesmolten metaal wordt geroerd door een roergas door het blaasmondstuk in het gesmolten metaal te injecteren.

Volgens de gebruikelijke werkwijze wordt een gesmolten staal 15 evenwel eerst bereid door een elektrische oven of convertor te gebruiken en wordt het aldus verkregen gesmolten staal, dat bij gebruik van een convertor ten dele is ontkoold, in een argon-zuurstof-ontko-lingsoven (AZO) gebracht, waarin het gesmolten staal wordt ontkoold en geraffineerd door een mengsel van zuurstof en argongas in te blazen 2Q door een blaasmondstuk in het onderste gedeelte van de zijwand en het Cr-gehalte op een vooraf bepaalde gewenste waarde wordt gebracht.

Bij het eerder genoemde proces, waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen, bestaat dus geen behoefte aan het gebruik van twee aparte ovens, maar is slechts één convertor nodig, die is inge-25 richt voor blazen langs boven en langs onder, hetgeen leidt tot talrijke opmerkelijke voordelen met betrekking tot de constructiekosten., de raffinagebehandeling, de thermische efficiëntie, de opbrengst, enz.

Als gevolg van verricht onderzoek hebben enkele uitvinders van de onderhavige uitvinding een nieuwe werkwijze voorgesteld voor het 30 raffineren van staal met een hoog chroomgehalte door middel van een proces waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen (zie de ter inzage gelegde Japanse octrooiaanvrage 115914/1970). Er wordt evenwel opgemerkt dat deze eerdere octrooiaanvrage is gericht op het raffineren van gesmolten staal met een laag koolstofgehalte. Daarin is niets 35 te vinden over het raffineren van gesmolten staal met een tamelijk 8200748 •β * - 3 - hoog koolstofgehalte.

Bovendien, zelfs in het geval dat van het proces waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen, is geleerd, dat, met het oog op het tegengaan van de oxydatie van chroom en het bevorderen van de ont-5 koling, het gas, dat door de blaasmondstukken aan de onderkant aan het gesmolten staal moet worden toegevoerd, een gas dient te Zijn dat inert is voor het gesmolten staal, b.v. argongas,en dit kan het koolmonoxyde verdunnen, dat wordt gevormd door de reactie tussen koolstof in het staal en ingebrachte zuurstof. Zowel bij het gebruikelijke AZO-proces 10 als bij het proces waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen, is argongas gebruikt als blaasgas aan de onderkant om in het gesmolten staal te worden geïnjecteerd gedurende de gehele duur van het blazen aan de onderkant.

Pig. 1 is een grafiek die het verband toont tussen de partiële 15 druk van koolmonoxydegas en het stroomdebiet van het blaasgas aan de onderkant? fig. 2 is een grafiek die het verband toont tussen de snelheid waarmee verlies aan energiedichtheid optreedt en het zuurstofrendement voor de ontkoling? 20 fig. 3 is een grafiek die de verandering toont van de koolstof concentratie in gesmolten staal, nadat het blaasgas aan de onderkant van een zuurstofhoudend gas is veranderd in argongas; fig. 4 is een grafiek die het verband toont tussen de ontkolings-coëfficient en de stroomsnelheid van het blaasgas aan de onderkant; en 25 fig. 5 is een grafiek die de verandering toont in de hoeveelheid zuurstof die nodig is voor het ontkolen, nadat het blaasgas aan de onderkant is veranderd in argongas.

Het doel van deze uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het op bijzonder economische en praktische wijze raffineren van 30 staal met een hoog chroomgehalte.

Zoals in de techniek bekend, wordt bij een proces voor het raffineren van staal met een hoog chroomgehalte waarbij langs boven en langs onder wordt geblazen, de ontkolingsgraad van gesmolten staal geregeld door de koolstofconcentratie wanneer de koolstofconcentratie in 35 het gesmolten staal laag is, en daardoor is bij een laag koolstofge- 8200748 • * - 4 - halte een sterke mate van chroomoxydatie onvermijdelijk als gevolg van de aanwezigheid van zuurstof, die op het gesmolten staal wordt geblazen. Wanneer anderzijds de koolstofconcentratie hoog is, wordt de ontkolings-graad geregeld door de hoeveelheid zuurstof die aan het gesmolten staal 5 wordt toegevoerd, zodat nagenoeg de totale hoeveelheid aan het gesmolten staal toegevoerde zuurstof wordt verbruikt voor ontkolingsreacties.

Op basis van de wetenschap als hierboven vermeld, hebben de uitvinders van de onderhavige uitvinding een aantal proeven uitgevoerd en de resultaten daarvan bestudeerd, hetgeen uiteindelijk, heeft geleid tot 10 deze uitvinding.

Volgens de bevindingen van de uitvinders van de onderhavige uitvinding bestaat er nl. geen behoefte om argongas in het gesmolten staal te injecteren tijdens de periode waarin de concentratie aan koolstof in het gesmolten staal in een hoog concentratiegebied is gelegen. Een 15 zuurstofhoudend gas zou in het gesmolten staal moeten worden geïnjec teerd ten einde de ontkoling daarvan te bevorderen. Dit staat in tegenstelling tot de stand van de techniek, waarvan de opvatting was dat, zelfs wanneer de concentratie aan koolstof in het gesmolten staal in een hoog concentratiegebied is gelegen, het nodig is om argongas te 20 injecteren, ten einde de partiële druk van CO-gas te verminderen en de ontkoling met zuurstof te bevorderen.

Voorts is het volgens de bevindingen van de uitvinders van de onderhavige uitvinding mogelijk om de oxydatie van chroom volledig te onderdrukken door als blaasgas aan de onderkant argon te gebruiken in 25 plaats van zuurstof op het hieronder gespecificeerde punt, zelfs wanneer zuurstofgas door de blaasmondstukken aan de onderkant in het gesmolten staal wordt geïnjecteerd. De uitvinders van de onderhavige uitvinding hebben tevens gevonden, dat het hierboven genoemde grenspunt met betrekking tot het koolstofgehalte kan worden gesteld op 0,31-0,37% C 30 voor staal met 18% Cr en op 0,22-0,27% C voor staal met 13% Cr. Op dit punt leert de stand van de techniek dat de grens tussen een laag koolstofgehalte en een hoog koolstofgehalte is gelegen bij ongeveer 0,5% C, hetgeen relatief hoger is dan het grenspunt volgens de uitvinding. Dit komt omdat door het injecteren van zuurstofgas in het gesmolten staal 35 bij een hoog koolstofgehalte, het mogelijk is om de koolstofconcentratie 8200748 - 5 -- * » te verminderen tot een punt dat zo dicht mogelijk is gelegen bij het theoretische grenspunt, terwijl de oxydatie van chroom grotendeels wordt verhinderd door een krachtige roerbehandëling van het gesmolten staal.

5 Volgens de uitvinding wordt het blaasgas aan de onderkant dus op het eerder aangegeven punt veranderd van een zuurstofhoudend gas in een inert gas, zoals Ar-gas, door de voortgang van het raffinageproces te volgen, in het bijzonder de ontkolingsgraad.

Samengevat heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor 10 het raffineren van staal met een hoog chroomgehalte, waarbij gesmolten metaal in een convertor wordt gebracht die is ingericht voor blazen langs boven en langs onder, het in de convertor gebrachte gesmolten metaal wordt ontkoold door zuivere zuurstof in te blazen door een lans aan de bovenkant, terwijl een zuurstofhoudend gas in het gesmolten 15 metaal wordt geïnjecteerd door ten minste één blaasmondstuk dat in de convertor is voorzien, het blaasgas aan de onderkant op een vooraf bepaald punt, dat hieronder meer uitvoerig zal worden gespecificeerd, wordt veranderd in een inert gas,, en, volgens een voorkeursuitvoeringsvorm, de hoeveelheid zuurstof, die door de lans aan de bovenkant wordt 20 ingeblazen, tegelijk geleidelijk wordt verminderd.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het raffineren van staal met een hoog chroomgehalte., waarbij gesmolten ijzer in een convertor ingericht voor blazen langs boven en langs onder wordt gebracht, het gesmolten ijzer op een vooraf 25 bepaalde temperatuur wordt verhit, het aldus behandelde, gesmolten ijzer wordt ontkoold door zuurstofgas door een lans aan de bovenkant te blazen op het oppervlak van het gesmolten ijzer ter verkrijging van gesmolten staal, terwijl, als blaasgas aan de onderkant, aanvankelijk een zuurstofhoudend gas aan het gesmolten staal wordt toegevoerd en 30 vervolgens wordt omgeschakeld op een inert gas, wanneer het koolstofgehalte van het gesmolten staal is afgenomen tot een vooraf : bepaalde waarde, die hoger is dan de waarde waar chroom begint te worden geoxy-deerd, zodat de oxydatie van chroom wordt onderdrukt, en het verkregen gesmolten staal uit de convertor wordt afgetapt na het bereiken van de 35 gewenste staalsamenstelling.

8200748 6 —

Waneer zuurstof als roermiddel door een blaasmondstuk in het gesmolten staal wordt geïnjecteerd, reageert die zuurstof met de in het staal aanwezige koolstof onder vorming van 2 volumes CO, en wel volgens de onderstaande vergelijking: 5 2[C] + 02 (g) = 2 CO .................... (l) waarin [c]: koolstof in staal 0^ (g): zuurstofgas CO (g): koolmonoxydegas.

Aangezien het volume van het aldus gevormde CO tweemaal het 10 volume van de geïnjecteerde zuurstof bedraagt, kan het CO het gesmolten staal roeren, terwijl het krachtiger naar boven stijgt in het gesmolten staal dan argongas, dat inert is voor het gesmolten staal- Dit krachtige borrelen bevordert ook de ontkoling met zuurstof. Door zuurstofgas in het gesmolten staal te injecteren is het dus mogelijk om het koolstof-15 gehalte nauwkeuriger en sneller te regelen dan in het geval van argongas. Dit betekent dat volgens de uitvinding het punt waarop het blaas-gas aan de onderkant wordt veranderd in een inert gas, kan worden gesteld op een koolstofgehalte dat zo dicht mogelijk is gelegen bij het punt waarop de oxydatie van chroom plaatsvindt.

20 Thans zal de grens van de koolstofconcentratie worden bekeken, boven dewelke de oxydatie van chroom niet optreedt, zelfs- niet wanneer 'zuurstofgas in het gesmolten staal wordt geïnjecteerd.

In het algemeen vinden de ontkoling en de oxydatie van chroom plaats volgens de volgende vergelijkingen: 25 [C] + [0] = CO (g) ..................... (2) [Cr] + [0] = (CrO) ..................... (3) waarin [O] : zuurstof in staal [Cr] _: chroom in staal (CrO): CrO in slak.

30 Het CO, dat door de reactie van zuurstof met koolstof in het staal wordt gevormd, stijgt nl. naar boven naar het oppervlak van de smelt en wordt afgegeven in de atmosfeer. Het CrO, dat door de reactie van zuurstof met Cr in het staal wordt.gevormd, wordt geabsorbeerd in de slak. Op voorwaarde dat de vergelijkingen (2) en (3) zich in even-35 wicht bevinden, kan de volgende vergelijking worden afgeleid uit de 8200748 - 7 - vergelijking (2) en (3), aangezien de zuurstof gemeenschappelijk is bij beide reacties: [C] + (CrO) = [Cr] + CO (g) .................. {k)

De evenwichtsconstanten van de vergelijking (4) kunnen worden 5 weergegeven door de volgende vergelijking: K- ' Pg° ........................... (5) •a[c] * a(CrO) waarin a £] : activitèit van'Cr in gesmolten·"staal aj-^j ·' activiteit .van C in gesmolten- staal." a, ) : activiteit van CrO in slak

(CrO

10 PCQ : partiële druk van CO-gas in de atmosfeer

In de vergelijking (5) kan worden behandeld als nagenoeg gelijk aan -1, en de vergelijking (5) kan experimenteel worden weergegeven als hieronder: [%Cr] . P _ 13800

Iog -S - - - + 8,76 _______(6) [%c] T '+· 4,2 [%Ni] .15 waarin T: temperatuur van gesmolten staal (°K) P : partiële druk van CO-gas (atm) [% Ni] : Ni-concentratie in gesmolten staal (%) [% c] : C-concentratie in gesmolten staal (%) [% Cr] : Cr-concentratie in gesmolten staal (5).

20 Terwijl een vooraf bepaalde hoeveelheid zuurstof door een lans aan de bovenkant werd ingeblazen, werd een staal met een hoog chroom-gehalte aan raffinage onderworpen door verschillende hoeveelheden zuurstof in het gesmolten staal te injecteren door het blaasmondstuk aan de onderkant, ten einde het punt te bepalen waar de oxydatie van 25 chroom begon op te treden. De verkregen gegevens met betrekking tot koolstof-, chroom- en nikkelgehalten en de temperatuur van het gesmolten metaal op dat punt werden ingevuld op de betreffende plaatsen in de vergelijking (6), en de P_ op het punt waarop de oxydatie van Cr

LU

begon werd berekend. De aldus verkregen gegegevsn met betrekking tot 30 de Ρ^0 werden in fig. 1 uitgezet tegen de stroomsnelheid van het 8200748

« V

- 8 - blaasgas aan de onderkant. De stroomsnelheid van zuurstof door de lans 3 aan de bovenkant bedroeg 1,5-3,0 N m /minuut per ton gesmolten staal.

Zoals uit de daarin weergegeven grafieken blijkt, is, zolang de stroom- 3 snelheid van het blaasgas aan de onderkant 0,lN m /minuut of groter is 5 per ton gesmolten staal, het evenwicht P_ gelegen in het gebied van vv 1,0-1,5 atm. Het raffinageproces wordt uitgevoerd onder atmosferische druk.

Voor het bepalen van het beginpunt van de Cr-oxyd'atie van staal met 18% Cr bij 1700°C, dienen dus de volgende waarden P = 1,0-1,5;

wW

IQ [% Cr] = 18, T = 1700 + 273 en [% Ni] te worden ingevuld in de vergelijking (6); en vervolgens kan worden berekend dat het koolstofgehalte [%C] bij het beginpunt is gelegen in het gebied van 0,31-0,37. Dit betékent dat, wanneer het koolstofgehalte is verminderd tot 0,13-0,37% bij een temperatuur van 1700°C, de oxydatie van Cr wordt geinitieerd in 15 staal met een chroomgehalte van 18%. Op dezelfde wijze kan worden gevonden dat het koolstofgehalte bij het beginpunt 0,22-0,27% bedraagt in het geval van staal met. een chroomgehalte van 13%. Zolang het koolstofgehalte buiten de hierboven aangegeven gebieden is gelegen, nl. 0,31-0,37% voor staal met 18% Cr en 0,22-0,27% voor staal met 13% Cr, 20 vindt geen oxydatie van chroom plaats, zelfs niet wanneer zuurstof door blaasmondstukken onder het gesmolten staal wordt geïnjecteerd. Het kritische gebied van koolstofgehalte voor staal met een hoog Cr-gehalte van verschillende typen kan gemakkelijk worden berekend met behulp van de vergelijking (6) op dezelfde wijze als hierboven beschreven.

25 Het verband tussen de stroomsnelheid van het blaasgas aan de onderkant en P^, dat wordt getoond door de grafiek in fig. 1, kaui in zekere mate worden gemodificeerd afhankelijk van de afmetingen of de capaciteit van de gebruikte convertor. Het is dus aan te.:raden om dat verband experimenteel te bepalen alvorens te gaan werken, en wel met de 30 te gebruiken convertor.

Er dient hier te worden opgemerkt, dat het meest belangrijke kenmerk van deze uitvinding is gelegen in de verandering van het blaasgas aan de onderkant van een zuurstofhoudend gas in een inert gas op een vooraf bepaald grenspunt. Het grenspunt in termen van koelstofconcen-35 tratie kan op een zo klein mogelijke waarde overeenkomstig deze uit- 8200748 4 i ..-9- vinding worden gesteld, omdat een zuurstofhoudend gas als blaasgas aan de onderkant wordt gebruikt.

Volgens de uitvinding kan dus, zolang de samenstelling van het gesmolten staal zich bevindt op een niveau boven het aanvankelijke 5 oxydatiepunt als eerder vermeld, zuurstofgas als blaasgas aan de onderkant worden gebruikt zonder dat daardoor enige wezenlijke oxydatie van chroom plaatsvindt. Aangezien zuurstofgas goedkoper is dan argongas, is het uitvoeren van het raffinageproces volgens deze uitvinding zeer economisch. Voorts wordt de in het gesmolten staal geïnjecteerde zuur-10 stof omgezet in CO, waarvan het volume tweemaal het volume van de toegevoerde zuurstof bedraagt; dit leidt tot een meer krachtige roering dan het argongas overeenkomstig de vergelijking (1), en het in het gesmolten staal geïnjecteerde zuurstofgas is tevens doelmatig voor het ontkolen van het gesmolten staal. Volgens deze uitvinding kan het. raffineren van 15 Staal waarin Cr aanwezig is, dus op een bijzonder efficiënte wijze worden uitgevoerd.

Wanneer zuiver zuurstofgas wordt gebruikt als blaasgas aan de onderkant, doet de verbrandingswarmte, die volgens de vergelijking (1) in de buurt van het blaasmondstuk ontstaat door de reactie tussen de 20 daardoorheen toegevoerde zuurstof en gesmolten staal rond het blaasmondstuk, dit laatste smelten. Daarom is het aan te bevelen om als blaasgas aan de onderkant een menggas van zuurstof en een koelgas te gebruiken. Koolwaterstofgassen, stikstofgas en kooldioxydegas zijn als koelgas gebruikt bij het raffineren van gebruikelijk eenvoudig koolstof-25 staal. Wanneer koolwaterstofgassen worden gebruikt, wordt het gesmolten staal evenwel met waterstof verontreinigd. Wanneer chroom in het staal aanwezig is, zoals in het geval van staal met een hoog chroomgehalte, dan verhindert het chroom soms de verwijdering van de waterstof uit het staal. Wanneer dus stikstofgas wordt gebruikt, dan neemt het stik-30 stofgehalte van het staal onvermijdelijk toe.

Het gebruik van kooldioxydegas brengt evenwel een dergelijk nadeel niet met zich mee. Het gebruik van kooldioxydegas is eerder gunstig, omdat bij injectie daarvan in het gesmolten staal, zoals in het geval van zuurstofgas, zijn volume tweemaal het oorspronkelijke volume wordt 35 overeenkomstig de volgende vergelijking: [c co2] (g) = 2 CO (g) ................. (7) waarin CO2 (g) kooldioxyde in gasvorm betekent.

8200748 - 10.,- »

Door de injectie van kooldioxydegas in het gesmolten metaal kan dus niet alleen de koeling van de blaasmondstukken worden verkregen, maar tevens een meer krachtige roering van het gesmolten metaal.

Om deze reden verdient het aanbeveling om een menggas van zuur-5 stof en kooldioxyde als blaasgas aan de onderkant te gebruiken, zolang het koolstofgehalte van het gesmolten staal zich op een hogere waarde bevindt dan het eerder bepaalde beginpunt, De hoeveelheid van elk gas, nl. de volumeverhouding van kooldioxyde tot zuurstof, wordt gekozen door rekening te houden met de temperatuur van het gesmolten staal, het 10 koolstofgehalte, enz. Er wordt evenwel opgemerkt, dat na het punt van beginnende oxydatie van chroom, een inert gas-, zoals argongas dient te ' worden geïnjecteerd in plaats van het zuurstofhoudende gas ten einde de oxydatie van chroom te verhinderen. In dit verband dient te worden opgemerkt, dat volgens de onderhavige uitvinding het punt waarop de aard 15 van het blaasgas aan de onderkant in een inert gas wordt veranderd, kan worden weergegeven in termen van koolstofgehalte van het gesmolten staal en vooraf kan worden gesteld op een waarde die zo dicht mogelijk is gelegen bij het punt van beginnende oxydatie van chroom, die eveneens kan worden weergegeven in termen van koolstofgehalte.

20 De stroomsnelheid waarmee een mengsel van de zuurstof- en kool- dioxydegassen worden geïnjecteerd in het gesmolten staal, waarvan de koolstofconcentratie zich op een hogere waarde bevindt dan het begin- 3 3 punt, bedraagt bij voorkeur 0,05N m /minuut of meer, liefst 0,1N m / minuut of meer per ton gesmolten staal.

25 In fig. 2 is een grafiek weergegeven die een verband aangeeft tussen de mate waarin verlies aan energiedichtheid (?) optreedt en het zuurstofrendement voor het ontkolen (0 ) van een gesmolten staal in een c hoog koolstoftraject, nl. na desiliconisering, maar voor het bereiken van het beginpunt. Dit verband werd verkregen door een echte convertor 30 ingericht voor blazen langs boven en langs onder en een AZO-oven te gebruiken. De mate waarin verlies aan energiedichtheid optreedt wordt bepaald door de onderstaande vergelijking (8). Deze soort parameter wordt gewoonlijk gebruikt als een factor die de kracht van het roeren van het gesmolten staal in een raffineeroven weergeeft.

35 i rn 28,5 QT.log (1 + H/1,48) ............. (8) 8200748 ψ ~ - ιι - waarin ε i mate waarin verlies aan energiedichtheid optreedt per ton _ gesmolten staal {Watt/T) 2 : stroomsnelheid van het blaasgas aan de onderkant per ton 3 gesmolten staal (N m /minuut.T) 5 H : hoogte van gesmolten staal in de convertor (m).

Bovendien kan het zuurstof rendement voor ontkoling (rj ) worden w gedefinieerd als dé reductiegraad van de koolstofconcentratie ten opzichte van de hoeveelheid zuurstof die in het gesmolten staal wordt geblazen door de lans aan de bovenkant.

10 Zoals blijkt uit de gegevens getoond in fig. 2, kan, zolang als de mate waarin verlies aan energiedichtheid (ε) is gelegen in het gebied van 2000-5000 Watt/T of hoger, het zuurstofrendement voor de ontkoling op hetzelfde niveau worden gehouden als dat in het gebruikelijke AZO-proces of het blaasproces waarbij langs boven en langs onder wordt 15 geblazen.

Wanneer dus de hoogte van het gesmolten staal 1,7 m bedraagt en het gewicht van het te behandelen. gesmolten staal 170 ton is, wat gebruikelijke raffinageomstandigheden zijn, bedraagt de gasstroomsnelheid volgens berekening bij voorkeur 0,05N m^/minuut of meer per ton 20 gesmolten staal volgens de vergelijking 8, omdat, zoals getoond in de vergelijkingen (1) en (7), het volume van het gas dat in het gesmolten staal wordt gebracht toeneemt tot tweemaal het oorspronkelijke volume. Bijgevolg is het onder de gebruikelijke omstandigheden aan te bevelen om de gecombineerde zuurstof- en kooldioxydegassen toe te voeren met 25. een stroomsnelheid van 0,05N m^/minuut of meer per ton gesmolten staal. Vanuit praktisch oogpunt gezien wordt het gecombineerde zuurstof- en kooldioxydegas in het gesmolten staal geïnjecteerd met een stroomsnel- 3 3 heid van 0,1N m /minuut of meer, gewoonlijk van 0,17N m /minuut of meer per ton gesmolten staal.

30 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van deze uitvinding wordt dus een gecombineerd gas van zuurstof en kooldioxyde door het blaas- mondstuk aan de onderkant in het gesmolten staal geïnjecteerd met een 3 3 stroomsnelheid van 0,05N m /minuut of meer, bij voorkeur van 0,1N m / minuut of meer per ton gesmolten, staal ten einde het gesmolten staal te 35 roeren en tegelijk de ontkoling van het gesmolten staal uit te voeren 8200748 - 12 - door middel van het zuurstofgas, dat door de lans aan de bovenkant wordt ingeblazen, totdat het koolstofgehalte van het te raffineren gesmolten staal is verminderd tot het beginpunt van chroomoxydatie, dat vooraf kan worden bepaald door de vergelijking (6) en de gegevens 5 in fig. 1. Nadat het koolstofgehalte van het gesmolten staal het beginpunt heeft bereikt, waar de oxydatie van chroom wordt geïnitieerd, dient het door de blaasmondstukken'aan de onderkant geïnjecteerde gas te worden veranderd van het gecombineerde gas van zuurstof en kooldioxyde in een inert gas, b.v. argongas, en na dit punt kan de stroomsnelheid 10 van de. zuurstof, die door de lans aan de bovenkant wordt geblazen, geleidelijk worden verminderd met een snelheid als te leren valt uit de eerder genoemde oudere octrooiaanvrage. Volgens wat daarin staat beschreven, kan de ontkolingssnelheid gedurende de tijdsperiode gedurende dewelke het koolstofgehalte van het gesmolten staal is verminderd IS tot onder het beginpunt, door de volgende formule worden weergegeven: * _2 [%Cr] x W x 10~ d [%cl #1 = - « [te] ♦ -KXMC -. ...... (9)

N _ d [%c] «xlO

Ar dt Mc s y waarin a : coefficient van reactiesnelheid W : gewicht van gesmolten staal M^: atoomgewicht van koolstof 20 N^rmolgetal van inert gas.

Op basis van het verband tussen d[%c] /dt en [% c] kan een ontkolingssnelheid bij een vooraf bepaald gehalte aan [% c] worden verkregen. Door gebruik -te maken van de aldus verkregen ontkolingssnelheid kan vervolgens de vereiste hoeveelheid zuurstof dienovereenkomstig 25 worden berekend. Afhankelijk van de vereiste hoeveelheid zuurstof kan voorts de stroomsnelheid van zuurstof, die door de lans aan de bovenkant wordt geblazen, worden verminderd naarmate het koolstofgehalte van het gesmolten staal afneemt, zodat de oxydatie van chroom zoveel mogelijk kan worden tegengegaan.

30 Ten einde de betrouwbaarheid van de formule (9) te bewijzen, werd een reeks proeven uitgevoerd en de resultaten daarvan zijn samen- 82.0 0 7 48 — 13 - gevat in fig. 3, waarin de abscis de tijd (en minuten) en de ordinaat de koolstofconcentratie in gesmolten staal (% C) weergeeft. De gemeten waarden van de koolstofconcentratie zijn getoond door het symbool "o". De getekende lijn. geeft de theoretische verandering van de koolstof-5 concentratie weer, berekend volgens de formule (9). Zoals blijkt uit fig. 3 is de verandering van de koolstofconcentratie berekend uit de formule nagenoeg dezelfde als die, verkregen aan de hand van de proefondervindelijke gegevens.

• . Het verband tussen de ontkolingscoëfficient en de stroomsnelheid 10 van Ar-gas is getoond in fig. 4.

Pig. 5 toont de verandering in de hoeveelheid zuurstof, die nodig is voor de ontkoling. Curve I geeft een continue verandering in de vereiste hoeveelheid zuurstof weer, die is berekend op basis van de hierboven vermelde vergelijking (9). Curve 2 is een trapsgewijze modi-15 ficatie. Na het beginpunt volgens deze uitvinding kan de hoeveelheid zuurstof, die door de lans aan de bovenkant wordt geblazen, worden verminderd in overeenstemming met de curve I of II.

Aangezien tijdens de ontkoling koolmonoxydegas wordt gevormd en wordt afgegeven door het gesmolten staal, is het aan te raden om het 20 aldus gevormde koolmonoxydegas te verbranden met zuurstof, die wordt toegevoerd door de lans aan de bovenkant of een zich daaronder bevindende lans. Door gebruik te maken van de verbrandingswarmte van kool-monoxyde kan de afname van de temperatuur van het gesmolten staal worden gecompenseerd, ten einde de temperatuur daarvan op een vooraf 25 bepaakde waarde te houden. Tijdens de reductieperiode (de periode na het voltooien van de ontkoling), wordt het borrelen met argongas voortgezet en wordt een silicium-bevattend materiaal, b.v. Fe-Sirlegering, enz. aan het gesmolten staal toegevoegd, ten einde het chroomoxyde in de slak te reduceren. Het aldus gereduceerde chroom wordt vervolgens in 30 het gesmolten staal gebracht.

De uitvinding zal thans meer uitvoerig worden beschreven aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden.

Voorbeeld

Staal met 16,5% Cr werd bereid volgens deze uitvinding onder 35 toepassing van een convertor ingericht voor blazen langs boven en langs 8200748 - 14 - onder met een capaciteit van. 150 ton. In dit voorbeeld werd uit de eerder genoemde vergelijking (6) (Ppn = 1,0-1,5) het beginpunt berekend vv tussen 0,35 en 0,38% C. Dat betekent dat, wanneer het koolstofgehalte 0,38% C had bereikt, het blaasgas aan de onderkant werd veranderd van 5 een gas bestaande uit zuurstof + kooldioxyde in argongas. .

De proefomstandigheden, waaronder de stroomsnelheid van het gas aan de onderkant en de stroomsnelheid van zuurstof die door de lans aan de bovenkant wordt geblazen, zijn samengevat in de onderstaande tabel A. Het daarin weergegeven raffineringsproces werd verdeeld in twee 10 delen, genoemd periode I en periode II. Volgens deze uitvinding werd tijdens de periode I een zuurstof- + kooldioxydegas in het gesmolten staal geïnjecteerd door het blaasmondstuk aan de onderkant en werd vervolgens in de periode II, in plaats van het zuurstofhoudende gas, argongas in het gesmolten staal gebracht door het blaasmondstuk aan de 15 onderkant. Tegelijk werd de hoeveelheid zuurstofgas, dat door de lans aan de bovenkant werd geblazen, trapsgewijze verminderd, als getoond in. de curve II in fig. 5.

Ter vergelijking werd in vergelijkingsvoorbeeld 1 argongas in het gesmolten staal geïnjecteerd door het blaasmondstuk aan de onder-20 kant gedurende de gehele tijdsduur van de behandeling en werd in vergelijkingsvoorbeeld 2 het blaasgas aan de onderkant van het zuurstof- + kooldioxydegas veranderd in argongas op het moment, dat het koolstofgehalte was gelegen op een punt iets onder het beginpunt volgens deze uitvinding. Dat betekent, dat in de periode II het blaasgas aan de 25 onderkant werd veranderd in argongas op het moment, dat het koolstofgehalte was gedaald beneden 0,20%, hetgeen aanzienlijk lager is dan de 0,38% volgens deze uitvinding. Bovendien werd in de vergelijkingsvoor-beelden 1 en 2 de hoeveelheid van het aan de bovenkant geblazen zuurstofgas veranderd als getoond in tabel A.

30 Het raffinageproces volgens deze uitvinding omvat de trappen van het verhitten, het ontkolen in de periode I, het ontkolen in de periode II, en de reductie. Zoals getoond in tabel B werden talrijke soorten ruwe materialen in elk van deze trappen toegevoerd. Bij het begin van de behandeling werd gesmolten ijzer in de convertor gebracht en werd be-35 gonnen met het blazen van zuurstof door de lans aan de bovenkant. Nadat 8200748 - 15 - ƒ het opwarmen was voltooid, werden;.de lading chroom, een legering van Fe-Mn met een hoog koolstofgehalte en een deel van de gebrande kalk in de convertor gebracht, terwijl het blazen met zuurstof aan de bovenkant werd uitgevoerd. Tijdens de reductietrap volgend op de ontkolings-5 trap werden de rest van de gebrande kalk, een legering van Fe-Si en fluoriet eveneens aan de convertor toegevoegd. Chemische analyse en temperatuur van het gesmolten metaal in elk van de hierboven vermelde trappen zijn weergegeven in de tabellen C, D en E resp. voor het uit-voeringsvoorbeeld volgens deze uitvinding, het vergelijkingsvoorbeeld 1 10 en het vergelijkingsvoorbeeld 2.

TABEL A

%C aan blaassnelheid biaasgas- aan blaasgas aan het einde zuurstof' aan de onderkant de onderkant

van peri- de bovenkant in periode I in periode IX

ode I (ïteVuur) periode periode. · type stroom- type stroom- I II gas snelheid gas snelheid (Nm^/uur) (NmVuur) deze 0,38 24000 fig.5 Oa/CO, 2620/650 Ar 6500 uitvinding .

verger- lijtóngs· 0,46 24000 4500 Ar 3270 Ar 3270 voorbeeld 1 verge- lijMigs- 0,20 24000 3800-»1900 00/C0, 2620/650 Ar 3300 voorbeeld 2 m 8200748 .-16- TABEL· B · .......

deze uitvinding vergelijkings- vergelijkings- ( voorbeeld 1 voorbeeld 2 gewicht tijd van gewicht tijd van gewicht tijd van (ton) toevoe- (ton) toevoe- (ton) toevoeging ging ging gesmolten. 129 bij het 120 bij het 121 bij het ijzer begin begin ____ begin.. - lading Cr 45,5 na de 45,0 na de 45,0 na de __opwar- _ opwar- _ opwar- mings- mings- mings- H.C Fe-Mn 1,3 trap 1,3 trap 1,25 trap legering gebrande 11,0 16,0 10,0 kalk____ 10,0 tijdens - tijdens 17,0 tijdens re“ _ de re— _ de reductie- ductie- ductie-

Fe-Si 4,8 trap 4,4 trap 5,1 trap legering .

fluoriet 3,0 2,0 3,8 ___L__

TABEL· C

(gew.%)

Deze uitvin- C Si Mn P S Cr Temp.

ding \°c) ijzerlten ....... 4r47 spoor 0,14 0,001 0,002 - 1230 °-4° s^or °'°9. °-014 °-°13 - 1650 ming aan het einde van periode I °'38 °'03 °'54 °'019 °'018 16'39 1725 aan het einde van periode II 0,02 0,01 0,37 0,020 0,016 14,90 1700 aan het einde „ „ „„ van de reduc- 0,05 °'54 °'57 °'021 °'001 16'47 1630 tietrap 8200748 Γ 1 ---- - 17 - '

1TABEL D

- (gew,%) vergelijkings- C Si Mn P S Cr .temp.

voorbeeld 1 ( C) gesmolten 4 35 spoor 0,18 0,001 0,004 - 1205 ijzer na voltooiing Q spoor Q 0,Q12 0,016 - 1640 van de opwarming aan het einde 0 46 0,03 o,46 o,018 0,020 16,08 1710

van periode I

aan het einde Q Q1 Q Q2 0,51 0,020 0r014 13,85 172o

van periode IX

aan het einde van de reduc- 0,03 0,30 0,67 0,022 0,002 16,79 1640 tietrap

TABEL· E

(gew.,%) vergelij kings- C Si Mn P S Cr temp.

voorbeeld 2 ( C) gesmolten 4,44 spQOr 0fl3 o, 002 o, 005 - 1220 1&J.Z Θ3Γ na voltooiing van de opwar- 0,39 spoor 0,08 0,011 0,018 - 1635 ming aan het einde 0 20 o,02 0,38 0,019 0,023 14,85 1785

van periode I

aan het einde 0/01 0,32 0,021 0,024 13,08 1770

van periode II

aan het einde van de reduc- 0,05 0,32 0,55 0,023 0,005 16,53 1700 tietrap 8200748 - 18 -

Zoals de gegevens in de bovenstaande tabellen aantonen is in het vergelijkingsvoorbeeld 1, wanneer het blaasgas aan de onderkant in de periode I argongas was, de mate van roeren gering, zelfs al was de hoeveelheid blaasgas aan de onderkant dezelfde als in het uitvoeringsvoor-5 beeld volgens deze uitvinding. Bijgevolg was de oxydatiegraad van chroom in het vergelijkingsvoorbeeld 1 hoger dan volgens deze uitvinding. Bovendien bedroeg het zuurstofrendement voor de ontkoling tijdens de periode II volgend op de desiliconeringstrap slechts 90%.

Anderzijds werd in het vergelijkingsvoorbeeld 2 de injectie van 10 het C^-bevattende gas voortgezet, totdat de koolstofconcentratie in het staal was afgenomen tot 0,20%, en aangezien de hoeveelheid zuurstof, die door de lans aan de bovenkant werd geblazen, tamelijk groot was, zoals in dit voorbeeld, bedroeg de chroomconcentratie aan het einde van de periode I 14,85%, hetgeen geacht wordt uiterst laag te zijn. Dit be-15 tekent dat in het vergelijkingsvoorbeeld 2 de oxydatiegraad van chroom veel hoger was dan in de beide andere voorbeelden. Het was dus nodig om een grote hoeveelheid Fe-Si-legering toe te voegen, ten einde het aldus geoxydeerde chroom te reduceren, hetgeen leidde tot een temperatuurstijging tot 1700°C, een betrekkelijk hoge temperatuur, aan het einde 20 van de reductietrap.

Volgens deze uitvinding werd daarentegen een krachtige roering van het gesmolten staal verkregen, aangezien het blaasgas aan de onderkant bestond uit zuurstof- + kooldioxydegas tijdens de periode I. Bovendien werd het blaasgas aan de onderkant van het hierboven genoemde 25 menggas veranderd in argongas vlak vóór 0,38% C, het beginpunt waarbij de oxydatie van chroom wordt geïnitieerd. Bijgevolg was bij de werkwijze volgens deze uitvinding de oxydatie van chroom te verwaarlozen in vergelijking met die bij de beide andere voorbeelden. Het zuurstofrendement voor de ontkoling bedroeg 97%, hetgeen eveneens hoger is dan in de beide 30 vergelijkingsvoorbeelden.

Er dient ook te worden opgemerkt, dat de volgens deze uitvinding bereikte verbeteringen werden verkregen door een zuurstofhoudend gas te gebruiken, b.v. een gas bestaande uit zuurstof + kooldioxyde, dat goedkoper is dan argongas. Aangezien het volume van het blaasgas dat aan de 35 onderkant in het gesmolten staal wordt geïnjecteerd, toeneemt tot tweemaal het aanvankelijke volume, hetgeen leidt tot een krachtige roering 8200748 © - 19 - van het gesmolten staal, is het bovendien mogelijk om de behandelings- i kosten voor het raffineren van staal met een hoog chroomgehalte aanzienlijk te verminderen. Volgens deze uitvinding is het derhalve mogelijk om staal met een hoog chroomgehalte te raffineren op een bijzonder 5 economische en praktische werkwijze.

♦ 8200748

Claims

1. Werkwijze voor het raffineren van staal met een hoog chroom-gehalte, gekenmerkt doordat gesmolten ijzer wordt bereid in een convertor ingericht voor blazen langs boven en langs onder, het gesmolten ijzer wordt verhit op een vooraf bepaalde temperatuur, de ontkoling 5 van het aldus bereide gesmolten ijzer wordt uitgevoerd door zuurstofgas door een lans aan de bovenkant te blazen op het oppervlak van het gesmolten ijzer ter verschaffing van een gesmolten staal, terwijl als blaasgas aan de onderkant aanvankelijk een zuurstofhoudend gas aan het gesmolten staal wordt toegevoerd en vervolgens wordt omgeschakeld op IQ een inert gas, wanneer het koolstofgehalte van het gesmolten staal is afgenomen tot een vooraf bepaalde waarde, hoger dan de waarde, waarbij de oxydatie van chroom begint plaats te vinden, ten einde de oxydatie van chroom te onderdrukken, en het verkregen gesmolten staal uit de convertor wordt afgetapt, nadat de gewenste staalsamenstelling is be-15 reikt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het zuurstof-houdende gas een mengsel is van zuurstof- en kooldioxydegassen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het koolstofgehalte waarbij de oxydatie van chroom begint een grenspunt is waarbij 20 de reacties van ontkoling en oxydatie van chroom zich in een evenwichtstoestand bevinden.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het koolstofgehalte waarbij de oxydatie van chroom begint wordt bepaald uit de volgende vergelijking, waarbij de partiële druk van CO-gas in een even- 25 wichtstoestand vooraf door middel van proeven is bepaald: [%Cr] 13800 log -£2 = . - + 8,76 [%C] T + 4,2 [wl] waarin T: temperatuur van het gesmolten staal (°K) P : partiële druk van CO-gas (atm) [% Ni]: Ni-concentratie in gesmolten staal (%) 30 [% c] : koolstofconcentratie in gesmolten staal (%) [Cr] : Cr-concentratie gesmolten staal (%). 8200748 m - 21 -

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gesmolten staal in de convertor ingericht voor blazen langs boven en langs onder onder atmosferische druk wordt gehouden tijdens de behandeling.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het inerte gas 5 argongas is.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat, nadat het blaasgas aan de onderkant is veranderd in het inerte gas, de hoeveelheid zuurstof, die door de lans aan de bovenkant wordt geblazen, geleidelijk wordt verminderd.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de hoeveelheid zuurstof, die door de lans aan de bovenkant wordt geblazen, op continue wijze wordt verminderd.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de hoeveelheid zuurstof, die door de lans aan de bovenkant wordt geblazen, trapsgewijze 15 wordt verminderd.

10. Werkwijze volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat het blazen van het inerte gas aan de onderkant wordt voortgezet totdat het verkregen gesmolten staal uit de convertor wordt afgetapt. 8200748