NO793676L - Anvendelse av argon for forhindring av overloep ved oksygenraffinering av staal - Google Patents

Description

Anvendelse av argon i en basisk oksygenprosess for å kontrollere overløp.

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedring i en pro-sess for raffinering av en jernholdig smelte ved blåsing av oksygen inn i smeiten fra ovenfor smeltens overflate, vanlig-

vis kalt den "basiske- oksygenprosess". Mer spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å forhindre eller minimalisere overløpet av materialet fra munningen av beholderen, noe som kan inntre under vanlig gjennomføring av denne basiske oksygenprosess.

Oksygen benyttes for å dekarbonisere smeiten.ved om-setning av dette med karbonet for å danne CO som. deretter unn-slipper fra beholderen som en gass. Typisk inneholder den uraffinerte jernholdige smelte også silisium og andre oksyderbare elementer slik som mangan og fosfor hvis oksyder danner væsker eller faste stoffer som danner en separat slaggfase.

Kalk og andre materialer slik som dolomitisk kalk tilsettes til beholderen for å danne et basisk slagg.

Det er velkjent for fagmannen at raffineringen er mest effektiv hvis det som vanligvis kalles en "emulsjon" dannes over smeiten under oksygenblåsingen. Denne emulsjon er en skum-lignende substans som inneholder en kompleks, blanding av flytende oksyder, gassbobler (primært CO), faste oksydpartikler samt små dråper av flytende metall. Det beste er hvis volumet av emulsjonen er flere ganger så stort som volumet av smeiten;

se fig. 1.

Et problem ved denne basiske oksygenprosess er at

volumet for emulsjonen er vanskelig å kontrollere. Hyppig blir emulsjonen så stor at den renner over, dvs. at den fyller rommet over smeiten i beholderen og løper over fra munningen av denne, noe som forårsaker tap av verdifullt metall og produksjons-

tid og noe som nødvendiggjør tidkrevende rengjøring.

Kjente metoder for å kontrollere dette fenomen inklu-derer følgende trinn eller forskjellige kombinasjoner derav: 1) reduksjon av oksygenstrømmen; se f.eks. Stravinskas et al, "Influence of Operating Variables on BOF Yield", I & SM, mai 1978, side 33-37; 2) øking av oksygenstrømmen; se f.eks. Zarvin et al, "Some Features of Injection in the Melting of Steel in 350-Ton Basic Oxygen Furnaces", Steel.in the USSR, desember 1976, Vol. 6, side 659-662; 3) å senke lanseposisjonen, se f.eks. Shakirov et al, . "The Mechanism of the Foaming of Basic Oxygen Furnace Slag", Steel in the USSR, juni 1976, Vol. 6; 4) å heve lanseposisjonen, se f.eks. Chernyatevich et al, "Mechanism of the Formation of Ejections and Spatter from Basic Oxygen Furnaces", Steel in the USSR, oktober 1976, Vol. 6, side 544-547; 5) å forandre lansedysekonstruksjonen, se f.eks. Baptizmanskii et al, "Causes of Ejections and of Lancing Condi-tions in Basic Oxygen Furnace", Stal>april 1967, side 309-312 og 6) modifisering av mengden, bestanddelene og tiden for

fluxtilsetning, se f.eks. Chernyatevich et al, supra.

Uheldigvis er ingen av de ovenfor angitte metoder tilstrekkelig pålitelige, noen er kompliserte og andre krever, pro-duksjons fors inkel ser .

I henhold til dette er en gjenstand for oppfinnelsen å frembringe en fremgangsmåte for å forhindre overløping under basisk oksygenraffinering av smeltet jernholdig metall som er enklere og mer pålitelig enn de kjente.

En annen gjenstand for oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte for å forhindre overløping under basisk oksygenraffinering av smeltet jernholdig metall uten å forårsake pro-duksjons forsinkelser.

Disse og andre gjenstander oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse som omfatter en fremgangsmåte for raffinering av smeltet jernholdig metall i en beholder ved å blåse oksygen inn i smeiten fra over smelteoverflaten hvorved det dannes en emulsjon over overflaten, og oppfinnelsen karakteriseres ved at man

forhindrer overløping av emulsjonen fra beholderen ved:

(a) å blåse en inertgass inn i beholderen når overlø-pingen er forestående eller har begynt, i en strømningshastig-het tilstrekkelig til å stoppe overløpingen mens man fortsetter å blåse med oksygen, og (b) å stoppe innblåsingen av inertgass til beholderen når overløpingen har stoppet eller ikke lenger er truende.

Den foretrukne inertgasstrømningshastighet er fra 5 til 30% av oksygenstrømningshastigheten. Den foretrukne fremgangsmåte for tilføring av inertgass er gjennom oksygenlansen blandet med oksygenet. Uttrykket "inertgass" slik det benyttes i foreliggende beskrivelse og i kravene er ment å bety en gass eller en gasser forskjellig fra oksygen. Argon er den foretrukne inertgass.

Uttrykket "overløping" slik det benyttes i beskrivelsen og i kravene er ment å bety overløp av emulsjon fra munningen av raffineringsbeholderen.

Som benyttet i kravene betyr "forhindring av overløping" ment å forhindre ytterligere overløping ved å forårsake at denne hurtig bringes til opphør eller helt og holdent å forhindre slik overløping. Fig. 1 viser en basisk oksygenraffineringsbeholder under en oksygenblåsing med en emulsjon av ønsket størrelse. Fig. 2 viser en basisk oksygenbeholder som løper over under raffinering.

I fig. 1 skjer en basisk oksygenraffineringsprosess i en konvensjonell ildfast utforet basisk oksygenbeholder 1. Denne har et tappehull 2 nær toppen og en munning 3 på toppen. En lanse 4 benyttes for å injisere gasser i smeiten. Lansen som står i forbindelse med en oksygentilførselsledning 13 kan heves slik at beholderen kan tippes for å fjerne innholdet..

Når det ikke skjer overløping, virker apparaturen i fig. 1 som følger. Først blir smeltet råjern, skrap, kalk- og andre stoffer som er vel kjente for fagmannen chargert til beholderen. Deretter blåses oksygen inn i smeiten 5 fra et punkt over smelteoverflaten gjennom lansen 4, hvorved det skjer en inntrykning 16 i smelteoverflaten. Oksyderbare elementer i smeiten reagerer med oksygenet. Karbon i smeiten reagerer med oksygen og danner CO-gassbobler som stiger til overflaten av smeiten'og slipper ut fra beholderens munning. Etter at ca. 1/3 av blåsingen er ferdig, dannes emulsjonen 6 bestående av en kompleks blanding av flytende oksyder, gassbobler, faste oksydpartikler og små dråper av flytende metall. Metalldråpene i emulsjonen har et meget stort spesifikt overflateareal, noe som fremmer ønskelige reaksjoner mellom oksygen og urenheter i smeiten. Vanligvis forsvinner emulsjonen i de siste trinn i oksygenblåsingen. Raffinering med oksygen fortsettes inntil smeiten har den ønskede sammensetning. Oksygenblåsingen stoppes deretter, lansen 4 heves til over munningen 3 og den raffinerte smelte helles ut fra beholderen gjennom tappehullet 2.

Det totale volum for beholderen er flere ganger større enn smeltevolumet. Et viktig formål ved det ekstra rom i beholderen over smeiten, det såkalte topprom, er å inneholde emulsjonen. Imidlertid er volumet for emulsjonen ikke lett å kontrollere og noen ganger blir dette større enn topprommet, noe som resulterer i at emulsjonen renner over, noe som er vist i fig. 2. Her er nivået for emulsjonen steget til over munningen 3. Bølger 7 av emulsjonen renner over munningen 3 og strømmer

ned den ytre vegg av beholderen 1, noe som reduserer utbyttet, utgjør en sikkerhetsrisiko og videre krever rengjøring. Selv-følgelig kan emulsjonen 8 også forlate beholderen gjennom tappehullet 2.

Karbonf j erningsgra.den og den derav følgende CO-utvikling følger som funksjon av tiden en generelt klokkeformet kurve under oksygenblåsingen. Dette er tilfelle fordi mesteparten av oksygenet tidlig i blåseperioden reagerer med metalliske urenheter slik som silisium heller enn karbonet. De flytende og faste oksyder som således fremstilles trer inn i slaggfasen. Etter at de metalliske urenheter i det vesentlige er oksydert, står mer oksygen til disposisjon for og reagerer med karbon i smeiten, noe som forårsaker større CO-utvikling. CO-boblene kombinerer seg med slagget og danner emulsjonen. I løpet av det sistnevnte trinn i blåsingen og etter hvert som karboninnholdet i smeiten reduseres, syner også karbonfjerningshastigheten og CO-utviklingen, og emulsjonen forsvinner. Det er i løpet av den største CO-utvikling at overrenning mest sannsynlig vil inntre.

For å gjennomføre oppfinnelsen må inertgass blåses inn i beholderen på det riktige tidspunkt og i riktig mengde. Dette skjer helst ved å forbinde en inertgasstilførselsledning 15 til oksygentilførselsledningen 13 slik at inertgassen blåses gjennom oksygenlansen blandet med oksygen. Alternativer slik som bruk av separate lanser for oksygen og inertgass eller bruk av separate passasjer for inertgass og oksygen i den samme lanse er antatt å være aksepterbare. Den foretrukne inertgassledning som kan benyttes ifølge foreliggende oppfinnelse er den som er beskrevet i US ser.nr. 880.562.

Her beskrives en fremgangsmåte for fremstilling av et stål med lavt nitrogen- og lavt oksygeninnhold ved å blåse en

inertgass inn i smeiten under de siste trinn av dekarboniserin-gen, mer spesielt ved å tilføre argon til BOF-beholderen fra et tidspunkt før nitrogeninnholdet har nådd det minimale nivå og å fortsette med argon inntil slutten av oksygenblåsingen. I søk-naden vil man mest sannsynlig ikke oppleve overløp under blåsingen når argon injiseres, imidlertid kan vi fremdeles oppleve overløping under de tidligere trinn av blåsingen når det ikke injiseres argon (eller nitrogenfritt fluid) og CO-utviklingen er høy. Det er under dette trinn med høy CO-utvikling at over-løping mest sannsynlig vil inntre når det ikke innføres argon.

Den foretrukne og mest effektive inertgass som er under-søkt for bruk ved gjennomføring av oppfinnelsen er argon fordi den er relativt rimelig, vanligvis tilgjengelig fri for uønskede forurensninger og videre har en lav varmekapasitet. Ellers kan andre gasser slik som nitrogen, neon, xenon, radon, krypton, karbonmonoksyd, karbondioksyd, damp, ammoniakk eller en blanding, av disse teknisk være aksepterbare erstatninger. Det vil være åpenbart for fagmannen at når nitrogen skal benyttes som inertgass ved gjennomføring av oppfinnelsen, kan luft benyttes i stedet for, fordi luft inneholder ca. 79% N2, .1% argon og 20% oksygen. Fordi oksygenblåsing fortsettes under inertgasstilset-ningen, vil det lille overskudd av oksygen som tilførs via luften ikke ugunstig påvirke raffineringsprosessen.

Inertgassen må tilføres i en mengde tilstrekkelig til å redusere nivået av emulsjonen. Den nødvendige strømningshastig-het kan variere med forskjellige basiske oksygen (BOF) raffine-ringssystemer. En inertgassmengde fra 5 til 30% av oksygenmeng-den er det foretrukne område.

Tidspunktet for inertgasstilførselen er vesentlig for

■gjennomføring av oppfinnelsen. Så snart overløp inntrer, bør man umiddelbart tilføre inertgass til beholderen mens man fortsetter å blåse oksygen, og man bør fortsette inertgasstilfør-sélen inntil overløpingen har gitt etter eller den ikke lenger er "truende, dvs. etter at faren for overløp er antatt å være over. En stopp i tide av strømmen av inertgass er også viktig fordi unødvendig fortsettelse av innføringen vil bety et spill av inertgass og videre redusere høyden for emulsjonen med det resultat at effektiviteten av oksygenraffineringén reduseres unødvendig.

Fortrinnsvis kan oppfinnelsen benyttes for å forhindre overløp i stedet for kun å stoppe overløp etter at det er begynt. Dette kan skje ved å tilføre argon til beholderen når man antar overløpingen er truende nær. Hvor nær overløping er, kan oppdages ved utløp av små mengder emulsjon fra tappehullet i beholderen. Så snart emulsjon renner ut fra tappehullet, bør inertgass tilføres ifølge oppfinnelsen. Inertgasstilførsel kan stoppes når det ikke lenger renner emulsjon fra tappehullet.

. Eksempler

De følgende eksempler skal illustrere fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Alle forsøk ble kjørt i et basisk oksy-genraf f ineringssys tem med følgende karakteristika:

De tre forsøk som er vist i eksemplene 1 til 3 er representa-tive for 10 forsøk under hvilke det ble gjort forsøk på å stoppe overløp ved kjente teknikker kun ved å redusere oksygenblåse-hastigheten, dvs. uten å gjennomføre oppfinnelsen.

Eksempel 1

Overløp ble først synlig etter 9 min. blåsing i en mengde av 18.200 SCFM oksygen. Oksygenstrømningshastigheten ble redusert til 16.200 SCFM etter at smeiten var blåst i 9 min. og 10 sek. Overløpet ble redusert etter 10 min. og 30 sek., dvs é halvannet minutt etter at det hadde startet, og ble deretter verre. Overløpet stoppet til slutt etter 12 min. og 30 sek. med-gått blåsetid, dvs. 3h min. etter at det hadde startet. For å forhindre gjenopptreden av overløp, ble den lave oksygenstrøm-ning opprettholdt inntil slutten av blåsingen, noe som økte produksjonstiden for denne charge.

Eksempel 2

Et lite overløp startet etter 7 min. og 30 sek. blåsetid ved en oksygenstrømningshastighet på 18.600 SCFM, hvoretter oksygenstrømningshastigheten ble redusert til 15.000 SCFM. Imidlertid fortsatte overløpet, ble verre etter 9 min. og 15 sek. og stoppet til slutt etter 11.min. og 25 sek. Oksygenstrømnings-hastigheten ble deretter gradvis gjenopprettet til 18.800 SCFM etter 13 min. og 20 sek.

Eksempel 3

Alvorlig overløp startet plutselig etter blåsing i en mengde av 18.200 SCFM oksygen i 13 min. og 10 sek. Oksygenstrøm-ningshastigheten ble redusert til 15.500 SCFM etter 14 min. og 30 sek. blåsetid. Overløpet stoppet etter 1 til 1 1/2 min. etter at oksygenstrømningshastigheten ble redusert. Oksygen ble blåst ved redusert hastighet i tilsammen 2\ min.

I 1 av 10 charger under hvilke det ble gjort forsøk på

å stoppe overløpet ved å.redusere oksygenstrømningshastigheten, stoppet overløpet innen 1^ min. kun i 2 av tilfellene. Overløpet fortsatte i mer enn lh min. i de andre 8 forsøk, og reduserte produksjonshastigheten for alle 10 charger.

Eksemplene 4 til 6 er illustrerende for foreliggende oppfinnelse med henblikk på å kontrollere overløp.

Eksempel 4

Overløpet startet etter 15 min. og 25 sek. oksygenblåsing, ved hvilket tidsrom argon ble tilført til beholderen under oksygenlansen i en strømningsmengde på 3.300SCFM mens blåsingen med oksygen fortsatte ved 18.200 SCFM. Overløpet ga seg etter mindre enn 30 sek. hvoretter argontilførselen ble slått av.

Eksempel 5

Alvorlig overløp ble bemerket etter ca. 13 min. oksygenblåsing. Argon ble deretter blåst inn i beholderen som før i en mengde på 4000 SCFM. Overløpet ga seg etter 5 sek. og argon-strømmen ble stoppet etter 1 min.

Eksempel 6

Overløp ble notert etter 13 min. oksygenblåsing, på hvil ket tidspunkt argon ble blåst inn som før i en mengde av 3.200 SCFM. Det inntrådte så og si øyeblikkelig stans av overløpet.Argoninnblåsingen ble fortsatt i 1 min. og deretter skrudd av. Overløp startet igjen og ble igjen stoppet ved tilførsel av argon som før. Fordi det syntes som om overløp kunne skje hele tiden, ble den andre argoninjeksjonen fortsatt i 3 min.

Det fremgår således at foreliggende oppfinnelse stoppet overløpet i løpet av sekunder mens den kjente teknikk med reduksjon av oksygenstrømningshastigheten krevde flere minutter for å oppnå det samme. Å skjære ned tiden -er vesentlig ikke bare uttrykt ved den tid man trengte for å stoppe overløpingen, men også fordi man kunne oppnå dette uten tap av produksjonstid. Videre gikk mye metall tapt og det var nødvendig med mye mindre opprydding etter gjennomføring av foreliggende oppfinnelse fordi overløpet ble stoppet hurtigere.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for raffinering av smeltet stål inneholdt i en beholder ved blåsing av oksygen i smeiten fra over smelteoverflaten hvorved det dannes emulsjon over overflaten, karakterisert ved at overløp av emulsjonen fra beholderen forhindres ved:

(a) å blåse en inertgass inn i beholderen når overløp er nær eller har begynt, i en strø mningshastighet tilstrekkelig til å stoppe overløpet mens man fortsetter oksygenblåsingen, og (b) å stoppe blåsingen av inertgass til beholderen når overløpet er stoppet eller ikke lenger er truende.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man som inertgass benytter argon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at inertgassen blåses inn i beholderen blandet med oksygen igjennom oksygenlansen.

4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at inertgassen blåses inn i beholderen i en strømningsmengde på fra 5 til 30 volum-% av oksygenstrømnings-mengden.

5. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at en i det vesentlige konstant oksygenstrøm opprettholdes under hele raffineringsprosessen.

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at inertgassblåsingen startes umiddelbart etter at overløpet har begynt.