NO153656B - Fremgangsmaate for opparbeiding av finkornede, oksydasjonstilboeyelige ferrolegeringer i metallisk form. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en. fremgangsmåte for opparbeiding av ferrolegeringer i form av finkornet, oksydasjons-tilbøyelig materiale som i ålt vesentlig består av minst ett av metallene mangan, krom eller, silisium i metallisk form. Spesielt angår oppfinnelsen en metode for å ta vare på det fine pulver og støv som faller ved konvensjonell'knusing etter støping av angjeldende ferrolegeringer. En utviklingsform av oppfinnelsen angår en videre foredling ved fremstilling av raffinert ferromangan.

Ved tilvirkning av ferrolegeringer knuses det ferdige pro-dukt etter utstøping til en stykkstørrelse som er egnet for produktenes videre anvendelse. Ved denne knusing oppnås en stor andel finkornet materiale. Normalt faller ca. 10% av den totale produksjon som en slik .finandel. Denne finandel er vanskelig å avsette ettersom den gir dårlige utbytter ved legering og vanskeliggjør en rasjonell materialhåndtering hos kundene. Det fine pulveret er heller ikke egnet for direkte tilførsel til hverken masovn eller elektrisk lavsjaktsovn for omsmelting. Begge prosesser krever en lukket beskikning av grovere materiale for å fungere godt. Tilførsel av fint pulver tetter igjen ovnene og gir opphav til blåsinger og andre ikke-ønskede effekter som forstyrrer en jevn drift. De angjeldende ferrolegeringer er dessuten oksydasjonstilbøyelige - har høy oksygenaffinitet - hvilket sammen med den finkornede form gjør at materialet vanskelig lar seg omsmeltes med godt utbytte og rimelig økonomi.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å ta vare på det fine "avfallet" fra knusingen av ferrolegeringer som i overveiende del består av stoffene mangan, krom og/eller silisium i metallisk form.

Et formål med oppfinnelsen er også å tilveiebringe en fremgangsmåte som i en utviklingsform tillater fremstilling også av raffinert ferromangan.

Disse formål oppnås gjennom foreliggende fremgangsmåte som er kjennetegnet ved det som fremgår fra de etterfølgende krav.

Ved foreliggende fremgangsmåte anvendes en reaktor med tilhørende utstyr for injeksjon av gass/pulverblan-dinger under overflaten av en smelte som befinner seg i reaktoren samt med anordninger som elektrisk induksjons-oppvarming i smeiten. En såkalt "UDDACON "-reaktor, eksempelvis beskrevet i US.patent nr. 3.934.863, har vist seg å være egnet. Denne reaktor er forsynt med renneinduktor. Man kan også tenke seg reaktorer med digelinduktor eller annen induktiv oppvarmin. Ved foreliggende fremgangsmåte deles det finkornede materiale som i alt vesentlig består av minst ett av metallene mangan, krom og/eller silisium i metallisk form, i to fraksjoner. Den første fraksjon har kornstør-relser over en viss gitt kornstørrelse, som fortrinnsvis ligger mellom 1 og 2 mm, mens den andre fraksjonen har mindre kornstør-relser. Den første "grovere" fraksjon tilsettes ovenfra i reaktoren som inneholder en startsmelte som hensiktsmessig har samme kjemiske sammensetning eller i det minste inneholder vesentlig samme legeringselementer, som den legering som skal opparbeides. Den andre, meget finkornede fraksjon tilsettes i en såkalt pulversprøyte og injiseres gjennom et munnstykke, hensiktsmessig ved hjelp av en inert bærergass og/eller Ar) under smeltens overflate. Herved oppstår en badbevegelse som er meget gunstig dels for oppløsning av det finkornede materiale som innblåses og dels for det noe grovere, men dog finkornede materiale som tilsettes ovenfra i forhold til badet. Varme tilføres badet på elektrisk måte gjennom induktoren i et slikt om-fang at temperaturen i smeiten alltid ligger over mate-rialets likvidustemperatur.

I stedet for en inert gass er det i og for seg

mulig å benytte luft. I dette tilfelle får man dog et visst materialtap på grunn av oksydasjon.

Forurensninger i materialet, fortrinnsvis kalsium

og aluminium, kan fjernes ved egnet tilsetning av slaggdannere og oksygen. Slaggdannere og oksygen tilsettes herved hensiktsmessig ved injeksjon. Oksygenet kan utgjø-res av oksygengass, men består hensiktsmessig av et oksyd, fortrinnsvis et oksyd av et metall i den legering som skal opparbeides.

For å forhindre oksydasjon av materialet ved at oksygenet i den luft som trekkes inn fra munningen av reaktoren reagerer med metallene i legeringen, kan man blåse inn en inert gass, fortrinnsvis argon eller nitrogen over badoverflaten i reaktoren. Samme effekt kan også oppnås ved at man benytter argon og/eller nitrogen som bærergass ved injiseringen.

Ved fremstilling av raffinert ferromangan blir temperaturen til den på ovenfor beskrevne måte fremstilte smelte forhøyet til passende raffineringstemperatur, dvs. en temperatur som normalt ligger mellom 1500 og 1700°C. Deretter injiserer man en suspensjon av manganoksyd i en bærergass under badoverflaten, hvorved, i det tilfelle den innledningsvis fremstilte smelte utgjøres av en ferromangan-karbonholdig smelte, smeiten ferskes til lavere karboninnhold. Som manganoksyd benyttes i detté tilfelle hensiktsmessig det manganoksydholdige støv som oppnås ved fersklngsprosessen ved at en betydelig mengde mangan av-damper og brenner til manganoksyd med luftoksygenet over konverteren. Dette således dannede støv består i overveiende del av Mn-jO^. Støvet er meget finkornet og tas vare på i et filter før det injiseres sammen med fortyn-ningsgass som hensiktsmessig utgjøres av oksygengass. Eventuelt tilsettes også ekstra oksygengass. En viss mengde mangan forslagges. under ferskingen. Dette slagg kan reduseres med FeSiMn, FeSi, Al eller et annet reduk-sjonsmiddel i den omfatning som tillates av produktets analyseintervall. Reduksjonsmiddelet tilsettes hensiktsmessig i pulverform, fortrinnsvis som en prisbillig fin-, fraksjon under samtidig omrøring med injisert gass eller gass/pulverblanding.

Når den innledningsvis fremstilte smelte utgjøres av ferrosilisiummangan,' består raffineringen av materialet til raffinert ferromangan vesentlig i at man fjerner hoved-delen av silisiuminnholdet. For dette injiseres manganoksyd i form av MnO, som kan utgjøres av forredusert Mn^O^. Som bærergass anvendes i dette tilfelle argon.

I følgende beskrivelse av foreliggende fremgangsmåte samt av utførte forsøk, vil det henvises til de med-følgende tegningsfigurer hvor

fig. 1 skjematisk viser et anlegg for utføring av foreliggende fremgangsmåte,

fig. 2 utgjør et diagram som illustrerer omsmelting av ferrosilisiummangan, FeSiMn ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 utgjør et diagram som illustrerer fremstilling av raffinert ferromangan ifølge oppfinnelsen og

fig. 4 utgjør et diagram som illustrerer omsmelting av karbonholdig ferromangan ifølge oppfinnelsen.

Ved forsøkene benyttes et forsøksanlegg omfattende en "UDDACON "-reaktor som kan arbeide med opp til 8 tonn smelte. Reaktoren var forsynt med en 1200 kw renneinduktor. Videre var reaktoren forsynt med en injeksjons-blestdyse gjennom hvilken det materiale som fra en såkalt pulver-sprøyte fluidiseres i en bærergass, kan tilføres metall-smelten i reaktoren. Varme kan således tilføres direkte til en sone utenfor blestdysen hvorved optimale reaksjons-forhold kan oppnås.

I fig. 1 beskrives forsøksanlegget skjematisk. En "UDDACON R"-reaktor.betegnes generelt med 1. Reaktoren består av et tippbart konverterlegeme med renneinduktor 2 samt med en injeksjons-blestdyse 3 i reaktorveggen. En pulversprøyte er betegnet 4, en tilførselsledning for en gass/pulversuspensjon fra pulversprøyten 4 er betegnet 5 og et fallrør for en grovere fraksjon er betegnet 6.. Smeiten er betegnet 7. For en mer fullstendig beskrivelse av "UDDACON R"-reaktorens konstruksjon vises f.eks. til nevnte US-patent nr. 3.934.863, som dermed innbefattes i foreliggende beskrivelse.

Ved forsøkene benyttes "avfallet" fra knusing av silisiummangan og karbonholdig ferromangan. Videre anvendes manganoksydstøv fra forbrenning av mangan i for-bindelse med fersking av karbonholdig ferromangan til raffinert ferromangan. Den kjemiske sammensetningen til inngående produkter er angitt i tabell 1.

Kornstørrelsesfordelingen til inngående silisiummangan og karbonholdig ferromangan fremgår fra tabell 2. Manganoksydstøvet hadde en kornstørrelse av størrelses-orden 50 ym.

Forsøk I - Omsmelting av ferrosilisiummangan, FeSiMn

Målsettingen med forsøket har først og fremst vært å studere utbyttet av tilsatt materiale. I reaktorbeholde-ren ble det tilsatt en startsmelte av råjern med følgende sammensetning i vekt-%: 0,29 Mn, 1,34 Si, 3,30 C, 0,04 Ni, 0, 004 N, resten jern og forurensninger. Smeiten ble dopet med 25 kg elektrolyttnikkel for at smeltevektsforand-ringen skulle kunne følges under forsøkets gang.

Innsmeltingen av en grovfraksjon FeSiMn (> 2 mm) ved påføring gjennom fallrør fra konvertertoppen ble påbegynt først med plugget blestdyse, hvilket innebar at smeiten bare ble omrørt ved induktorens pumpevirkning. Denne er relativt kraftig ved høye effekter og avtar med avtagende effekt. Etter hvert som det tilsatte materiale spredte seg over hele badoverflaten og hurtig ga opphav til henginger og brodannelse, kunne full effekt på induktoren ikke anvendes på grunn av overtemperatur i smeiten. Under denne innsmeltingsperiode ble det derfor bare be-nyttet 300-400 kW.

Etter innsmeltingen av grovfraksjonen, ble pulver-sprøyten fylt med materiale siktet til en kornstørrelse på < 2 mm. Dette materiale var godt fluidiserbart, men blestdysens konstruksjon var ikke egnet for partikkel-størrelser opp til 2 mm. Man oppnådde således stadige igjentetninger i blestdysen og derfor ble sprøyten tømt og materialet siktet til < 1 mm. Injeksjonen kunne deretter gjennomføres uten problemer. Luft som bærergass ble etter første injeksjonsomgangen erstattet med argon.

Innholdsforandringen under forsøket med hensyn til Mn og Si er plottet i fig. 2. Mn-kurven viser det for-ventede forløp med en avtagende . stigning alt ettersom smeltevekten øker, og det samme gjelder for Si. Forsøket ble avsluttet med utstøping av 3070 kg. Sammenfattede data for forsøk I:

Forsøk II - Omsmelting av FeSiMn ifølge forsøk I samt fremstilling av raffinert FeMn.

Målsettingen ved dette forsøk var dels å studere utbyttet av tilsatt materiale samt å studere red-oks-for-løpet ved fremstilling av raffinert FeMn. Formålet med forsøket var mer bestemt å studere mulighetene til å frem-stille en raffinert kvalitet av FeMn med middels karboninnhold. Gjenværende sump fra forsøk I ble dopet med 20 kg nikkel for bestemmelse av smelte-startmengde. Forsøket ble deretter innledet med en injeksjon av 255 kg av en finfraksjon FeSiMn (kornstørrelse < 1 mm), hvoretter påsetting av en av grovfraksjonene (> 2 mm) av FeSiMn fra toppen ble påbegynt. Etter en mindre tilsetning med plugget blestform og stillestående bad, der samme problematikk som ved foregående forsøk oppsto, ble blestdysen åpnet og resterende grovfraksjon tilsatt fra konvertertoppen under samtidig injeksjon av finfraksjonen suspendert i argon. Innsmeltingen gikk derved problemfritt og kunne gjennom-føres hurtig med fullt effektuttak på induktoren.

Totalt ble 2055 kg FeSiMn tilsatt og smeiten fikk • følgende kjemiske sammensetning (vekt-%) før Si-oksydasjonen begynte: 53,8 Mn, 13,65 Si, 2,06 C, 0,67 Ni, 0,004 N, resten jern og forurensninger.

Si-oksydasjonen og Mn-reduksjonen (prøve 13-29, fig.3) ble gjennomført ved injeksjon av manganoksydstøv, Mn^C^, (sammensetning se tabell 1) og kalk.

Innholds forandringen av Mn og Si i smeiten, MnO-innholdet i slagget samt mengden påsatt og injisert materiale under forsøket er illustrert i diagrammet i fig. 3. Silisiumoksydasjonen er en lineær funksjon av mengde til-ført oksygen frem til ca. 2% Si, hvilket innebærer at en konstant andel av oksygenet reagerer med Si ned til dette punkt. Dette understrekes av MnO-analysen, se diagrammet i fig. 3, hvor MnO-innholdet ligger temmelig konstant mellom 15-18% for Si-innhold > 2%. Ved den fortsatte Si-oksydasjonen fra ca. 2% går en økende andel oksygen til oksydasjon av Mn. Sluttrinnet fra 0,32% til 0,11% Si innebærer en kraftig oppgang av MnO-innholdet fra 22% til 57%. Den siste verdien er imidlertid usikker.

Sammenfattende data for forsøk II fremgår av tabell 4.

Startvekt FeSiMn: 3.107 - 3.549 kg (beregnet fra Ni-ånalyse) Tilført mengde FeSiMn, grovfraksjon > 1 mm: 1.800 kg Injisert mengde FeSiMn, < 1 mm: 255 kg

Injisert mengde Mn304: 2.487 kg (se også tabell 1) Smeltevekt etter Si-oksydasjon: 4.788 - 5590 kg (beregnet fra Ni-analyse)

Etter silisiumoksydasjonen kan også en slaggreduk-sjon utføres ved tilsetning av FeSiMn, hvorved Si-innholdet øker i smeiten og MnO-innholdet i slagget reduseres kraftig. Resultater fra disse forsøk, prøve 30-37, er imidlertid ikke illustrert her.

Forsøk III - Omsmelting av karbonholdig FeMn

Gjenværende sump fra forsøk II hvorved slagget var redusert på ny med FeSiMn, ble på nytt dopet med nikkel for bestemmelse av mengden av startsmelte. Startsumpen var i dette forsøk meget liten og nådde ikke opp til blestdysenivået, noe som til å begynne med gjorde innsmeltingen vanskelig. Ca. 1 tonn karbonholdig FeMn av grovfraksjonen > 1 mm må tilsettes i små porsjoner for ikke å gi altfor kraftige henginger og brodannelser. Etter denne innsmelting hadde smeiten nådd opp til blestdysen og den fortsatte innsmeltingen kunne deretter gjennomføres under samtidig injeksjon av finfraksjon, < 1 mm gjennom blestdysen, og påsetting fra konvertertoppen av grovfraksjonen,

>.1 mm. Denne innsmeltingsmetode gikk meget godt. Ved injeksjon av materiale under hele innsmeltingen ble det oppnådd et meget fint omrøringsbilde i konverteren og alt tilsatt materiale ble hurtig og fullstendig oppløst.

Analysene for Mn og Si i smeiten er plottet i diagrammet i fig. 4 og også den akumulerte mengden av påsatt karbonholdig FeMn.

Sammenfattende data for forsøk III fremgår av tabell 5.

Startvekt: 1.58 5 - 1.732 kg (beregnet fra Ni-analyse) Tilført mengde FeMn(k) grovfraksjon (> 1 mm): 3.485 kg Injisert mengde FeMn(k) (< 1 mm): 2.105 kg

Avstøpt mengde FeMn(k)<x>: 2.700 kg

Etterlatt sump 1.988 - 2.738 kg

(k) = karbonholdig

De utførte forsøk har vist at det i en reaktor av "UDDACON"-typen er mulig å opparbeide et slikt materiale . som faller ved knusing av FeSiMn og FeMn. Forskjellige metoder for smelting av materiale i reaktoren ble testet. Forsøkene viste at den mest fordelaktige metoden er å til-sette den grove fraksjonen (> 1-2 mm) fra toppen i reaktoren samtidig som den fineste fraksjonen injiseres gjennom en blestdyse under smeltens overflate. Innsmelting i stillestående bad uten injeksjonsomrøring var ineffektivt, mens innsmelting ved utelukkende injeksjon av finfraksjonen innebærer en sløsing med tilgjengelig materiale.

I prinsippet bør imidlertid så meget materiale som mulig injiseres i smeiten. Den praktiske grensen settes av pulversprøytens evne til å fluidisere materialet samt blestdysens konstruksjon. Ved de utførte forsøk lå denne praktiske grense ved ca. 1 mm. Ved en annen blestdysekon-struksjon kan man dog regne med at den praktiske øvre grensen for injiserbart materiale ligger på ca. 2 mm.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for opparbeiding av finkornede, oksydasjonstilbøyelige ferrolegeringer i metallisk form, hvilke i alt vesentlig består av minst et av metallene mangan, krom eller silisium i metallisk form, karakterisert ved at man fraksjonerer det mangan-, krom- og/eller silisiumholdige materiale i en første fraksjon med kornstørrelser over en viss gitt størrelse, som fortrinnsvis ligger mellom 1 og 2 mm, og en annen fraksjon med mindre kornstørrelse, at man i en elektrisk induksjonsoppvarmet reaktor som inneholder en startsmelte som hensiktsmessig har samme kjemiske sammensetning eller i det minste inneholder vesentlig samme legeringselementer som den legering som skal opparbeides,' dels ovenifra tilsetter nevnte første fraksjon av nevnte legering, dels injiserer nevnte andre fraksjon ved hjelp av en bærergass gjennom et munnstykke under sméltens overflate, og at de to tilsatte materialfraksjonene innsmeltes ved tilsetning av varme fra smeiten ved hjelp av nevnte induktor.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man anvender en inert bærergass i form av nitrogen og/eller argon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte finkornede legeringer ut-gjøres av ferrosilisiummangan eller karbonholdig ferromangan .

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, for fremstilling av raffinert ferromangan, karakterisert ved at man etter innsmelting av nevnte ferrosilisiummangan eller karbonholdig ferromangan, injiserer finkornet manganoksyd gjennom munnstykket under smeltens overflate.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte manganoksyd ved raffinering av en innledningsvis fremstilt karbonholdig ferromangan-smelte til raffinert ferromangan, hovedsakelig utgjøres av Mn^O^ oppnådd fra forbrenning av mangan ved fersking av nevnte karbonholdige ferromangan til raffinert kvalitet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte manganoksyd ved raffinering av en ferrosilisiummangan-smelte til raffinert mangan, hovedsakelig utgjøres av MnO.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at oksygengass tilføres ved injeksjonen av Mn^O^, fortrinnsvis som bærergass for manganoksydet.