NO115172B

NO115172B -

Info

Publication number: NO115172B
Application number: NO16280366A
Authority: NO
Inventors: W Moore
Original assignee: Meehanite Metal Corp
Priority date: 1966-04-29
Filing date: 1966-04-29
Publication date: 1968-08-19

Description

Fremgangsmåte til hurtig bestemmelse av jernoksydinnholdet i metallurgisk slagg. Method for rapid determination of the iron oxide content in metallurgical slag.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på en for-bedret fremgangsmåte til hurtig bestemmelse av jernoksydinnholdet i metallurgisk slagg ved smelting av jern i den hensikt eventuelt å modifisere smelteoperasjonen for å komme frem til en oksydasjonsgrad som er mer i overensstem-melse med hva som ønskes. The present invention is based on an improved method for the rapid determination of the iron oxide content in metallurgical slag when smelting iron with the aim of possibly modifying the smelting operation in order to arrive at a degree of oxidation which is more in line with what is desired.

Det er vel kjent at forskjellige forurens-ninger, dels slike som er tilstede i den metal-liske charge og i det brensel som anvendes for smeltingen, og dels slike som fremstilles under smelteprosessen, føres bort fra metallet i form av slagg. I de fleste smelteprosesser har arten og sammensetningen av slagget en direkte sam-menheng med kvaliteten av det fremstilte metall. It is well known that various impurities, partly such as are present in the metallic charge and in the fuel used for smelting, and partly such as are produced during the smelting process, are removed from the metal in the form of slag. In most smelting processes, the nature and composition of the slag has a direct connection with the quality of the metal produced.

Slaggets innhold av metalloksyd, som når The metal oxide content of the slag, which reaches

det gjelder en smelteprosess for jern, omfatter jernoksyder, silisiumoksyd og manganoksyd, er særlig viktig for bestemmelse av hvorvidt smel- it concerns a smelting process for iron, includes iron oxides, silicon oxide and manganese oxide, is particularly important for determining whether smelting

teoperasjonen forløper gunstig. Et høyt innhold av metalloksyd i slagget angir således en sterk oksyderende tilstand under smeltingen. En sterkt oksyderende tilstand under smeltingen fører til inneslutninger, støpehull og andre stø-pefeil i de støpestykker som fremstilles fra det metall som dannes under disse betingelser, mens sterkt reduserende betingelser, som vises på et lavt innhold av metalloksyd i slagget, vil føre til slike feil som gassutvikling, varme dråper (hot tears) og andre dendritiske forårsaker av nærvær av hydrogen i smeiten. the tea operation proceeds favorably. A high content of metal oxide in the slag thus indicates a strong oxidizing state during the smelting. A strongly oxidizing condition during melting leads to inclusions, casting holes and other casting defects in the castings produced from the metal formed under these conditions, while strongly reducing conditions, which are shown by a low content of metal oxide in the slag, will lead to such defects such as gas evolution, hot tears and other dendritic causes due to the presence of hydrogen in the melt.

Formålet med oppfinnelsen er først og fremst å skaffe en fremgangsmåte til hurtig bestemmelse av jernoksydinnholdet i den fluks eller slagg som fremstilles under smeltingen. På denne måte fås der et middel til å styre og regulere smeltebetingelsene for å oppnå en oksydasjonsgrad som er forenlig med høyest mulig metallkvalitet. The purpose of the invention is primarily to provide a method for the rapid determination of the iron oxide content in the flux or slag produced during the smelting. In this way, a means is obtained to control and regulate the melting conditions in order to achieve a degree of oxidation which is compatible with the highest possible metal quality.

En annen hensikt er å skaffe en måte til å Another purpose is to provide a way to

styre smeltetemperaturen og fargen av slagget. control the melting temperature and the color of the slag.

Ytterligere hensikter vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegningen, som viser en kalibreringskurve over forholdet mellom jernoksydinnholdet i slagget og forskjellen mellom den virkelige og den tilsynelatende temperatur av slagget. Further purposes will be apparent from the following description with reference to the drawing, which shows a calibration curve of the relationship between the iron oxide content of the slag and the difference between the real and the apparent temperature of the slag.

Det er funnet at der er et direkte forhold mellom jernoksydinnholdet i det slagg som fremstilles ved smelting av jern, og den tilsynelatende optiske temperatur av slagget, og dette forhold kan derfor anvendes som et middel til å bestemme og styre oksydasjonsgraden ved smeltingen. Skjønt oppfinnelsen angår alle typer av smelteoperasjoner til smelting av stø-pejern, råjern og stål, vil fremgangsmåten bli beskrevet i forbindelse med en smelting av stø-pejern i en kupolovn, men dette er bare for å belyse oppfinnelsen. It has been found that there is a direct relationship between the iron oxide content in the slag produced by smelting iron, and the apparent optical temperature of the slag, and this relationship can therefore be used as a means of determining and controlling the degree of oxidation in the smelting. Although the invention relates to all types of smelting operations for smelting cast iron, pig iron and steel, the method will be described in connection with a smelting of cast iron in a cupola furnace, but this is only to illustrate the invention.

Når temperaturen av en slaggprøve måles ved hjelp av et optisk pyrometer, kan der ikke fås en sann avlesning som følge av slaggets emissivitet, som ikke tillater temperaturinstru-mentet eller pyrometeret å registrere den sanne temperatur fra et sort legeme. Ved et såkalt sort legeme hvor alle lysbølger stråles ut fra legemet, er pyrometeravlesningen eller den tilsynelatende temperatur en sann avlesning som svarer til den verdi for temperaturen som fås ved hjelp av et neddykket termoelement. Ved et legeme hvis emissivitet er mindre enn 1, idet bare en del av lysbølgene utsendes, vil avlesningen på det optiske pyrometer være unøyak-tig, med mindre emissiviteten er kjent og den tilsynelatende avlesning korrigeres med en egnet verdi. Smeltede metaller, som f. eks. stø-pejern, råjern og stål, har en relativt velkjent emissivitet, så det ved avlesning av temperaturen av disse metaller ad optisk vei er mulig å korrigere for emissiviteten og få en verdi for den virkelige temperatur inne i legemet (immer-sion temperature). Når det gjelder et slagg, er emissiviteten ikke særlig godt kjent og er så variabel at bestemmelsen av den virkelige slagg-temperatur ad optisk vei er fullstendig uanven-delig. Spesielle filtre anvendes i visse pyrometre for å gi forhold svarende til et sant sort legeme, hvorved vanskeligheten med avlesning av temperaturen av det smeltede slagg avhjel-pes. Neddykkede termoelementer kan også anvendes til dette formål. When the temperature of a slag sample is measured using an optical pyrometer, a true reading cannot be obtained as a result of the emissivity of the slag, which does not allow the temperature instrument or the pyrometer to record the true temperature from a black body. In the case of a so-called black body where all light waves are emitted from the body, the pyrometer reading or the apparent temperature is a true reading that corresponds to the value for the temperature obtained by means of a submerged thermocouple. In the case of a body whose emissivity is less than 1, as only part of the light waves are emitted, the reading on the optical pyrometer will be inaccurate, unless the emissivity is known and the apparent reading is corrected with a suitable value. Molten metals, such as cast iron, pig iron and steel have a relatively well-known emissivity, so by reading the temperature of these metals optically it is possible to correct for the emissivity and obtain a value for the real temperature inside the body (immersion temperature). In the case of a slag, the emissivity is not very well known and is so variable that the determination of the real slag temperature optically is completely unusable. Special filters are used in certain pyrometers to give conditions corresponding to a true black body, whereby the difficulty in reading the temperature of the molten slag is remedied. Immersed thermocouples can also be used for this purpose.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir først den virkelige temperatur av en slagg-prøve eller en slaggsmelte bestemt. Dette kan gjøres med et instrument, som f. eks. et strå-lingspyrometer, som er innstilt for å gi avles-ninger svarende til et sort legeme, eller ved hjelp av et neddykket termoelement. Der kan også fås en meget god tilnærmet temperatur ved måling av den virkelige temperatur av det smeltede metallbad som står i berøring med slaggbadet. Da disse bad står i berøring med hinannen, vil den virkelige temperatur av slagget og den virkelige temperatur av metallet ligge meget nær hinannen. In the method according to the invention, the actual temperature of a slag sample or a slag melt is first determined. This can be done with an instrument, such as a radiation pyrometer, which is set to give readings corresponding to a black body, or by means of a submerged thermocouple. A very good approximate temperature can also be obtained by measuring the real temperature of the molten metal bath which is in contact with the slag bath. As these baths are in contact with each other, the real temperature of the slag and the real temperature of the metal will be very close to each other.

Som et annet trinn blir den tilsynelatende temperatur av slagget bestemt ved hjelp av et As a second step, the apparent temperature of the slag is determined using a

optisk pyrometer som på ingen måte er justert for emissivitet. Forskjellen mellom den virkelige temperatur som fås i trinn 1, og den tilsynelatende temperatur som fås i trinn 2, skyl-des slaggets emissivitet. Det er fastslått at denne emissivitet står i direkte forhold til jernoksydinnholdet, så emissiviteten eller forskjellen mellom avlesningene i trinn 1 og trinn 2 kan anvendes som et middel til å måle jernoksydinnholdet i slagget. Det er så mulig å modifisere smelteoperasjonen på en måte som er vel kjent for fagfolk, for enten å øke eller redusere oksydasjonsgraden ved smeltingen og jernoksydinnholdet i slagget til den verdi som er best egnet for den art av metall som smeltes. I forbindelse med kupolovner kan slike modifikasjo-ner bestå i å redusere luftmengden for å redusere oksydasjonsgraden eller eventuelt øke den mengde koks som anvendes, i samme hensikt. Ved en satsvis smelteoperasjon under anvendelse av gass eller olje som brensel ville en van-lig innstilling for redusert oksydasjon bestå i å forandre fargen av flammen ved tilførsel av mer eller mindre brensel i forhold til den anvendte luftmengde. Når det gjelder en elektrisk smelteoperasjon, kan en slik modifikasjon bestå i til-setning av et karbonholdig materiale til badet for å redusere oksydasjonsgraden eller tilset-ning av jernoksyd til badet for å øke oksydasjonsgraden. optical pyrometer which is in no way adjusted for emissivity. The difference between the real temperature obtained in step 1 and the apparent temperature obtained in step 2 is due to the emissivity of the slag. It has been established that this emissivity is directly related to the iron oxide content, so the emissivity or the difference between the readings in step 1 and step 2 can be used as a means of measuring the iron oxide content in the slag. It is then possible to modify the smelting operation in a manner well known to those skilled in the art, to either increase or decrease the degree of oxidation in the smelting and the iron oxide content of the slag to the value most suitable for the type of metal being smelted. In connection with cupola furnaces, such modifications can consist in reducing the amount of air to reduce the degree of oxidation or possibly increasing the amount of coke used, for the same purpose. In a batch melting operation using gas or oil as fuel, a common setting for reduced oxidation would consist of changing the color of the flame by supplying more or less fuel in relation to the amount of air used. In the case of an electric melting operation, such a modification can consist of the addition of a carbonaceous material to the bath to reduce the degree of oxidation or the addition of iron oxide to the bath to increase the degree of oxidation.

Hensikten med oppfinnelsen er ikke å skaffe spesielle midler til reduksjon eller økning av oksydasjonsgraden ved smeltingen, idet slike metoder er relativt godt kjent, men derimot å skaffe et middel til bestemmelse av oksydasjonsgraden, slik at egnede justeringer deretter kan utføres. The purpose of the invention is not to provide special means for reducing or increasing the degree of oxidation during melting, since such methods are relatively well known, but rather to provide a means for determining the degree of oxidation, so that suitable adjustments can then be made.

Utførelsen av oppfinnelsen vil fremgå av det følgende eksempel i forbindelse med smelting i en kupolovn. The implementation of the invention will be apparent from the following example in connection with melting in a cupola furnace.

En kupolovn ble fylt og driften satt igang. A cupola furnace was filled and operations started.

Etter to timers smelting ble den virkelige temperatur av slagget som rant ut av slaggrennen på forsiden, målt ved hjelp av et termoelement av platina. Temperaturen ble funnet å være lik 1510° C. After two hours of melting, the actual temperature of the slag flowing out of the front slag branch was measured using a platinum thermocouple. The temperature was found to be equal to 1510°C.

Hovedsakelig samtidig ble der utført en temperaturavlesning av slagget ved hjelp av et pyrometer som ikke inneholdt et filter til å korrigere for emissiviteten. Denne tilsynelatende temperatur ble funnet å være 1477° C. Mainly at the same time, a temperature reading of the slag was carried out using a pyrometer which did not contain a filter to correct for emissivity. This apparent temperature was found to be 1477°C.

Forskjellen mellom den virkelige temperatur og den tilsynelatende temperatur var således 33° C. Ifølge tegningen svarer dette til et jernoksydinnhold i slagget på 8,8 %. Da dette ble ansett å være for høyt, ble volumet av den blest som ble anvendt under smeltingen, redusert. Etter ytterligere 30 minutters smelting ble de samme temperaturavlesninger av slagget ut-ført. Den virkelige temperatur ble funnet å være 1527° C og den tilsynelatende temperatur 1471° C. Forskjellen var i dette tilfelle 56° C, noe som på tegningen svarer til et jernoksydinnhold på 5,4 %. Samtidig ble fargen av slagget forandret så den virket lysere, noe som anga en lavere oksydasjonsgrad. The difference between the real temperature and the apparent temperature was thus 33° C. According to the drawing, this corresponds to an iron oxide content in the slag of 8.8%. When this was considered to be too high, the volume of the blast used during the melting was reduced. After a further 30 minutes of melting, the same temperature readings of the slag were taken. The real temperature was found to be 1527° C and the apparent temperature 1471° C. The difference was in this case 56° C, which in the drawing corresponds to an iron oxide content of 5.4%. At the same time, the color of the slag changed so that it appeared lighter, which indicated a lower degree of oxidation.

Diagrammet på tegningen var fremstilt på forhånd ved utførelse av en serie oppvarm- ninger med varierende oksydasjonsgrader. En rekke samtidige temperaturavlesninger av den tilsynelatende temperatur og den virkelige temperatur ble utført, og samtidig ble der tatt en prøve av slagget for kjemisk analyse av jernoksydinnholdet. Jernoksydinnholdet ble avmer-ket i avhengighet av differansen i avlesningen mellom den virkelige temperatur og den tilsynelatende temperatur, noe som ga det forhold som er vist på diagrammet. The diagram in the drawing was prepared in advance by carrying out a series of heatings with varying degrees of oxidation. A series of simultaneous temperature readings of the apparent temperature and the actual temperature were carried out, and at the same time a sample of the slag was taken for chemical analysis of the iron oxide content. The iron oxide content was marked as a function of the difference in the reading between the real temperature and the apparent temperature, giving the ratio shown on the diagram.

Dette forhold kan også bestemmes ved anvendelse av to optiske pyrometre eller to strå-lingspyrometre for avlesning av både virkelig temperatur og tilsynelatende temperatur. Her-under må det ene pyrometer for virkelig temperatur inneholde egnede filtre til å oppheve virkningen av emissiviteten, mens det annet pyrometer for den tilsynelatende temperatur ikke inneholder noen kompenserende filtre for emissiviteten. This ratio can also be determined by using two optical pyrometers or two radiation pyrometers for reading both real temperature and apparent temperature. Below, one pyrometer for the real temperature must contain suitable filters to cancel the effect of the emissivity, while the other pyrometer for the apparent temperature does not contain any compensating filters for the emissivity.

Da sammensetningen av slagget, bortsett fra dets jernoksydinnhold, har en viss virkning på emissiviteten, foretrekkes det å konstruere en kalibreringskurve, f. eks. som vist på tegningen, for alle aktuelle driftsbetingelser. Her-under blir jernoksydinnholdet den hovedvari-able. Når det f. eks. gjelder et basisk slagg med høyt innhold av CaO og MgO, men relativt lite innhold av Si02, kan det nøyaktige nummeriske forhold mellom jernoksydinnholdet og emissiviteten ikke være det samme som ved et surt slagg, som har relativt lavt innhold av MgO og CaO, og et forholdsvis høyere innhold av Si02. Av denne grunn er det bedre å bestemme det på tegningen viste forhold for hver av de anvendte driftsbetingelser og slaggtyper. As the composition of the slag, apart from its iron oxide content, has some effect on the emissivity, it is preferable to construct a calibration curve, e.g. as shown in the drawing, for all applicable operating conditions. Below, the iron oxide content becomes the main variable. When it e.g. applies to a basic slag with a high content of CaO and MgO, but a relatively low content of SiO2, the exact numerical relationship between the iron oxide content and the emissivity cannot be the same as for an acidic slag, which has a relatively low content of MgO and CaO, and a relatively higher content of SiO2. For this reason, it is better to determine the conditions shown in the drawing for each of the operating conditions and types of slag used.

I smeltefaget er det relativt lett å regulere sammensetningen av slagget, bortsett fra innholdet av jernoksyd, idet denne sammensetning fastlegges av de relative mengder av fluksmate-rialer som anvendes under smeltingen. Jernoksydinnholdet fastlegges derimot først og fremst av oksydasjonsgraden ved smeltingen, og den foreliggende oppfinnelse skaffer derfor en fremgangsmåte til å bestemme oksydasjonsgraden In the smelting industry, it is relatively easy to regulate the composition of the slag, apart from the content of iron oxide, as this composition is determined by the relative amounts of flux materials used during the smelting. The iron oxide content, on the other hand, is primarily determined by the degree of oxidation during melting, and the present invention therefore provides a method for determining the degree of oxidation

øyeblikkelig og på en nøyaktig måte, så smeltebetingelsene kan forandres hvis det ønskes. instantaneously and in an accurate manner, so the melting conditions can be changed if desired.

Da oksydasjonsgraden ved smelting kan endre seg uten varsel og i løpet av en kort tid, er det ikke mulig å stole på en kjemisk analyse som en veileder for driften, idet kjemiske ana-lysemetoder for innholdet av jernoksyd er tids-krevende og en rekke forandringer i oksydasjonsgraden kan finne sted mens jernoksydinnholdet bestemmes i laboratoriet på kjemisk vei. As the degree of oxidation during smelting can change without notice and within a short time, it is not possible to rely on a chemical analysis as a guide for the operation, as chemical analysis methods for the content of iron oxide are time-consuming and a number of changes in the degree of oxidation can take place while the iron oxide content is determined chemically in the laboratory.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan oksydasjonsgraden av slagget bestemmes hovedsakelig momentant. En meget praktisk fremgangsmåte er f. eks. å anvende skrivende pyrometre til å angi både den virkelige temperatur av slagget og dettes tilsynelatende optiske temperatur. På denne måte kan der fås kontinuerlige og momentane bestemmel-ser av jernoksydinnholdet i slagget, og justeringer for å forandre dette jernoksydinnhold kan utføres av ovnsbetjeningen. When using the method according to the invention, the degree of oxidation of the slag can be determined mainly instantaneously. A very practical method is e.g. to use writing pyrometers to indicate both the real temperature of the slag and its apparent optical temperature. In this way, continuous and instantaneous determinations of the iron oxide content in the slag can be obtained, and adjustments to change this iron oxide content can be made by the furnace operator.

Claims

Method for the rapid determination of the iron oxide content in metallurgical slag when smelting iron with the aim of possibly modifying the smelting operation in order to arrive at a degree of oxidation that is more in line with what is desired, characterized in that the difference between the real and the apparent temperature of the slag is measured, after which the oxide content of the slag is read as a function of this difference on a calibration curve that has been prepared in advance by taking a number of different calibration slag samples, measuring their iron oxide content and real and apparent temperature and depositing the iron oxide values on a first axis and the differences between the real and the apparent temperatures on another axis.