PL198649B1 - Środek odsiarczający oraz sposób usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo - Google Patents

Abstract

1. Srodek odsiarczaj acy do usuwania siarki ze stopionych materia lów zawieraj acych zela- zo, zw laszcza ze stopionej surówki zelaza, przy czym srodek odsiarczaj acy zawiera reaktywny czynnik odsiarczaj acy, który jest co najmniej cz esciowo powleczony zwi azkiem absorbuj a- cym ciep lo, znamienny tym, ze zwi azek ab- sorbuj acy ciep lo (100, 220) zmniejszaj acy pr edko sc parowania reaktywnego czynnika odsiarczaj acego (110, 210) ze stopionego zela- za (30) zawiera zwi azek wybrany z grupy obejmuj acej w eglik zelaza, wysokow eglowy zelazomangan i ich mieszaniny, a reaktywny czynnik odsiarczaj acy (110, 210) ma rozmiar cz astek co najmniej dwa razy wi ekszy od roz- miaru cz astek zwi azku absorbuj acego cie- p lo (100, 220). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest środek odsiarczający oraz sposób usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo, zwłaszcza ze stopionej surówki żelaza.

Wykazy zawartości siarki w gotowej stali spadają do krańcowo niskich poziomów, w celu uzyskania stali niskostopowej o wysokiej wytrzymałości, a ponadto stali odpornej na powstawanie pęknięć wywoływanych wodorem, wśród wielu innych zastosowań wymagających niskich poziomów siarki. W połączeniu z korzyściami ekonomicznymi operacji wielkopiecowych wytwarzających stopioną surówkę żelaza o podwyższonej zawartości siarki, stało się praktyczną koniecznością odsiarczanie stopionej surówki żelaza na zewnątrz wielkiego pieca, zanim stopiona surówka żelaza wejdzie do pieca wytwarzającego stal.

Przez lata stosowano szeroką różnorodność materiałów i mieszanin do odsiarczania surówki żelaza. Przez długi czas było wiadomo, że różne związki wapnia są dobrymi czynnikami odsiarczającymi. Wiadomo było również, że magnez sam lub w połączeniu z tlenkami różnych metali alkalicznych jest także dobrym czynnikiem odsiarczającym. Udzielono kilkunastu patentów ujawniających zastosowanie tlenku wapnia i magnezu jako głównych czynników odsiarczających (patrz opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki o numerach 4765830 na rzecz Skach, 4708737 na rzecz Skach, 4705561 na rzecz Green, 4139369 na rzecz Kandler, 4137072 na rzecz Kawakami, 3998625 na rzecz Koros). Ponadto, dobrze był poznany i dobrze udokumentowany środek do odsiarczania ujawniający zastosowanie węglika wapnia jako głównego czynnika odsiarczającego (patrz opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki o numerach 3598573 na rzecz Freissmuth, 3929464 na rzecz Todd, 4395282 na rzecz Braun).

W luksemburskim opisie patentowym nr 88252, udzielonym w dniu 3 stycznia 1999 r. na wynalazek według Axela Thomasa, ujawniono zastosowanie środka odsiarczającego, który zawiera magnez i węglik żelaza lub wysokowęglowy żelazomangan. Środek odsiarczający ujawniony w tym opisie patentowym zawiera w większości węglik żelaza lub wysokowęglowy żelazomangan. Ten środek odsiarczający zawiera również magnez, oraz jeden lub więcej dodatków dla ulepszenia tworzącego się żużla. Cząstki węglika żelaza lub wysokowęglowego żelazomanganu dobiera się tak, aby były tego samego rozmiaru lub nieco większe od rozmiaru cząstek magnezowych. Rozmiary cząstek węglika żelaza lub wysokowęglowego żelazomanganu oraz cząstek magnezowych mieszczą się w przedziale od 0,5 do 1 mm. W wyniku tego, cząstki węglika żelaza lub wysokowęglowego żelazomanganu nie są w stanie powlekać cząstek magnezowych i wzajemnie. Węglik żelaza lub wysokowęglowy żelazomangan oraz magnez mogą być powlekane tlenkiem tytanu, w celu poprawienia płynności cząstek oraz spowolnienia prędkości stapiania się cząstek. Węglik żelaza lub wysokowęglowy żelazomangan oraz magnez mogą być zmieszane ze sobą przed wdmuchnięciem do surówki żelaza, jak też mogą być wdmuchiwane do surówki żelaza osobno.

Znano również zastosowanie związku wapnia i/lub magnezu, w połączeniu ze związkiem wytwarzającym gaz, w celu zwiększenia ilości usuwanej siarki. Stwierdzono, że związek wytwarzający gaz uwalnia gaz pod wpływem kontaktu ze stopioną surówką żelaza, tworząc wewnątrz stopionej surówki żelaza środowisko turbulentne. Uwalniany gaz początkowo rozłamuje zlepki środka odsiarczającego i rozprowadza środek odsiarczający wewnątrz stopionej surówki żelaza. Zwykle czynnik wytwarzający gaz stanowi węglowodór, węglan lub alkohol, które mają tendencję do uwalniania różnych ilości gazu podczas kontaktu ze stopioną surówką żelaza. Zastosowanie takich różnych czynników wytwarzających gaz jest dobrze udokumentowane (patrz opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki o numerach 3876421 na rzecz Takmura, 4078915 na rzecz Meichsner, 4194902 na rzecz Gmohling, 4266969 na rzecz Koros, 4315773 na rzecz Freissmuth, 4345940 na rzecz Koros, 4705561 na rzecz Green, 4592777 na rzecz Rellermeyer, 4764211 na rzecz Meichsner, 4832739 na rzecz Meichsner, oraz 5021086 na rzecz Luyckx).

Środki odsiarczające mogą również zawierać różne czynniki tworzące żużel. Znaczenie czynnika tworzącego żużel zasadniczo było pomijane dla innych pilnych spraw ekonomicznych, dotyczących zastosowania różnych składników środka odsiarczającego. Skład żużla może być istotny dla zatrzymywania usuniętej siarki wewnątrz żużla i niedopuszczenie, aby siarka ponownie trafiała do stopionej surówki żelaza. Dla różnych celów stosowano różne czynniki tworzące żużel. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4315773 ujawniono środek odsiarczający zawierający węglik wapnia, związek uwalniający gaz, oraz fluoryt. Fluoryt stosuje się w celu modyfikowania właściwości żużla dla zapobiegania tworzeniu się pyłu węglowego ze środka palnego podczas odsiarczania. W ujawnieniu

PL 198 649 B1 opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5021086 stosuje się fluoryty do modyfikowania charakterystyk żużla, zwiększając płynność żużla podczas procesu odsiarczania.

Istnieje potrzeba maksymalnego usuwania siarki z surówki żelaza przy jak najmniejszych kosztach. Chociaż magnez dzięki jego bardzo wysokiej reaktywności z siarką jest doskonałym czynnikiem odsiarczającym, to jednak duża ilość tego magnezu w surówce żelaza natychmiast odparowywuje wskutek kontaktu ze stopioną surówką żelaza i gwałtownie ucieka z surówki żelaza poprzez bąbelkowanie do powierzchni stopionej surówki, pozwalając na reagowanie magnezu z siarką tylko przez bardzo krótki okres czasu. Magnez musi się zatem rozpuścić w surówce żelaza, tworząc roztwór, w celu skutecznego przereagowania z siarką. Ponieważ magnez jest jednym z najdroższych składników środka odsiarczającego, to wiele różnych środków odsiarczających opracowano w celu usuwania siarki ze stopionej surówki żelaza stosując składniki inne niż magnez, takie jak tlenek wapnia i węglan wapnia, jako główny czynnik odsiarczający, w celu zredukowania kosztów środka odsiarczającego. Jednakże konieczność stosowania większych ilości takich środków odsiarczających, w porównaniu do magnezu, do usuwania siarki ze stopionej surówki żelaza znacznie podwyższa koszty całego procesu odsiarczania. Dodatkowo, zastosowanie dużych ilości środka odsiarczającego powoduje tworzenie się dużych ilości żużla, co z kolei powoduje znaczne straty żelaza w żużlu. Straty żelaza w żużlu również przyczyniają się do wzrostu kosztów związanych z procesem odsiarczania. W wyniku tego, ciągle w przemyśle stalowym istnieje potrzeba odsiarczania surówki żelaza w wydajny i ekonomicznie skuteczny sposób, przy jednoczesnym zmniejszeniu strat żelaza podczas procesu odsiarczania.

Przedmiotem wynalazku jest środek odsiarczający do usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo, zwłaszcza ze stopionej surówki żelaza, przy czym środek odsiarczający zawiera reaktywny czynnik odsiarczający, który jest co najmniej częściowo powleczony związkiem absorbującym ciepło, charakteryzujący się tym, że związek absorbujący ciepło 100, 220 zmniejszający prędkość parowania reaktywnego czynnika odsiarczającego 110, 210 ze stopionego żelaza 30 zawiera związek wybrany z grupy obejmującej węglik żelaza, wysokowęglowy żelazomangan i ich mieszaniny, a reaktywny czynnik odsiarczający 110, 210 ma rozmiar cząstek co najmniej dwa razy większy od rozmiaru cząstek związku absorbującego ciepło 100, 220.

Korzystnie reaktywny czynnik odsiarczający 110, 210 zawiera środek magnezowy wybrany z grupy obejmującej magnez, stały związek magnezu, stop magnezu i ich kombinacje.

Korzystnie czynnik odsiarczający, jako środek magnezowy zawiera zasadniczo magnez.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 ma wyższą temperaturę topnienia niż reaktywny czynnik odsiarczający 110, 210.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 ma niższą temperaturę topnienia niż stopione żelazo 30.

Korzystnie stopionym żelazem 30 jest stopiona surówka żelaza.

Korzystnie reaktywny czynnik odsiarczający 110, 210 ma rozmiar cząstek mniejszy niż 1,5 mm.

Korzystnie reaktywny czynnik odsiarczający 110, 210 ma rozmiar cząstek równy 0,2 do 1 mm.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 ma rozmiar cząstek mniejszy niż 0,18 mm.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 ma rozmiar cząstek mniejszy niż 0,11 mm.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 powleka mniej niż całą powierzchnię cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego 110, 210.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 powleka zasadniczo całą powierzchnię cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego 110, 210.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 ma postać mieszanki i/lub konglomeracji z wieloma cząstkami reaktywnego czynnika odsiarczającego 110, 210.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 jest co najmniej częściowo związany z reaktywnym czynnikiem odsiarczającym 110, 210 poprzez środek wiążący 300.

Korzystnie środek wiążący 300 zawiera związek wybrany z grupy obejmującej alkohole wielowodorotlenowe, pochodne alkoholi wielowodorotlenowych, związki silikonu i ich kombinacje.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 stanowi co najmniej 2% wagowych całkowitej masy związku absorbującego ciepło 100, 220 i reaktywnego czynnika odsiarczającego 110, 210.

Korzystnie związek absorbujący ciepło 100, 220 stanowi 5-90% wagowych całkowitej masy związku absorbującego ciepło 100, 220 i reaktywnego czynnika odsiarczającego 110, 210.

Korzystnie środek odsiarczający zawiera związek wapnia wybrany z grupy obejmującej węglik wapnia, tlenek wapnia, węglan wapnia, chlorek wapnia, cyjanamid wapnia, jodek wapnia, azotan wapnia, wapno diamidowe oraz azotyn wapnia.

PL 198 649 B1

Korzystnie środek odsiarczający zawiera związek lotny, który uwalnia produkt gazowy po kontakcie ze stopioną surówką, przy czym produkt gazowy zawiera gaz wybrany z grupy obejmującej związki tlenu, azot, związki azotu, wodór, węglowodory i ich kombinacje.

Korzystnie środek odsiarczający zawiera środek poprawiający właściwości żużla, przy czym środek poprawiający właściwości żużla zawiera fluoryt metalurgiczny, fluoryt w kwaśnej odmianie, wapno dolomitowe, krzemionkę, węglan sodu, chlorek sodu, chlorek potasu, potaż (techniczny węglan potasu), kryolit, kryolit potasu, kolemanit, chlorek wapnia, aluminian wapnia, fluorek sodu, bezwodny boraks rodzimy, sjenit nefelinu, sodę kalcynowaną i ich kombinacje.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo, zwłaszcza ze stopionej surówki żelaza, który obejmuje etap, w którym do stopionej surówki żelaza dodaje się mieszaninę zawierającą reaktywny czynnik odsiarczający oraz związek absorbujący ciepło, przy czym reaktywny czynnik odsiarczający jest co najmniej częściowo powleczony związkiem absorbującym ciepło, charakteryzujący się tym, że związek absorbujący ciepło 100, 220 zmniejszający prędkość parowania reaktywnego czynnika odsiarczającego 110, 210 ze stopionej surówki żelaza 30 zawiera związek wybrany z grupy obejmującej węglik żelaza, wysokowęglowy żelazomangan i ich mieszaniny, a reaktywny czynnik odsiarczający 110, 210 ma rozmiar cząstek co najmniej dwa razy większy od rozmiaru cząstek związku absorbującego ciepło 100, 220.

Korzystne odmiany sposobu przedstawiono powyżej.

Ponadto, korzystnie sposób obejmuje etap, w którym co najmniej częściowo powleka się reaktywny czynnik odsiarczający 110, 210 związkiem absorbującym ciepło przed dodaniem mieszaniny odsiarczającej do stopionej surówki żelaza.

Korzystnie sposób obejmuje etap, w którym mieszaninę odsiarczającą co najmniej częściowo wdmuchuje się pod powierzchnię stopionego żelaza 30.

Korzystnie sposób obejmuje etap, w którym co najmniej częściowo współ-wdmuchuje się mieszaninę odsiarczającą do stopionego żelaza 30 z co najmniej jednym innym środkiem odsiarczającym.

Korzyścią uzyskaną z wynalazku było dostarczenie udoskonalonego środka odsiarczającego oraz sposobu usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo, a zwłaszcza ze stopionej surówki żelaza, które pozwalają na poprawienie wydajności procesu odsiarczania.

Według wynalazku, ujawniono środek odsiarczający zawierający reaktywny czynnik odsiarczający, który reaguje aktywnie z siarką w stopionym żelazie, takim jak stopiona surówka żelaza. Korzystnie, reaktywny czynnik odsiarczający tworzy z siarką związek, który może zostać usunięty ze stopionej surówki żelaza, taki jak związek migrujący do żużla w kierunku powierzchni lub do dolnej partii stopionej surówki żelaza i/lub przekształca się w gaz, i w postaci bąbelków wydostaje się ze stopionej surówki żelaza. Reaktywny czynnik odsiarczający jest co najmniej częściowo powleczony związkiem absorbującym ciepło. Związek absorbujący ciepło jest tak utworzony, aby absorbował ciepło wokół reaktywnego czynnika odsiarczającego. W jednym z przykładów wykonania wynalazku, związek absorbujący ciepło jest tak utworzony, aby absorbował ciepło wokół i/lub w bliskim sąsiedztwie reaktywnego czynnika odsiarczającego w celu wydłużenia czasu, przez który reaktywny czynnik odsiarczający pozostaje w stopionej surówce żelaza dla reakcji z siarką, i/lub w celu zwiększenia prędkości reakcji tego reaktywnego czynnika odsiarczającego.

Według jednego z przykładów realizacji wynalazku, reaktywny czynnik odsiarczający jest częściowo lub całkowicie powleczony czynnikiem absorbującym ciepło. Reaktywny czynnik odsiarczający może być wstępnie powleczony mieszanką absorbującą ciepło, lub powleczony taką mieszanka absorbującą ciepło tuż przed jego dodaniem do stopionej surówki żelaza w gąskach. W jednym specyficznym przykładzie wykonania wynalazku, reaktywny czynnik odsiarczający jest wystarczająco powleczony związkiem absorbującym ciepło aby zmniejszyć prędkość lub wręcz zapobiec parowaniu tego reaktywnego czynnika odsiarczającego, zanim ten reaktywny czynnik odsiarczający nie przereaguje ze znaczną ilością siarki w surówce żelaza.

Według innego przykładu wykonania wynalazku, reaktywny czynnik odsiarczający jest substancją stałą przynajmniej w temperaturze otoczenia (to jest w temperaturze około 21°C). Reaktywny czynnik odsiarczający może być wytworzony, jako pojedynczy materiał lub jako wiele materiałów. Korzystnie, reaktywny czynnik odsiarczający jest tak dobrany, aby zachowywał postać stałą przynajmniej do momentu tuż przed jego zmieszaniem ze stopionym żelazem, takim jak stopiona surówka żelaza. Reaktywny czynnik odsiarczający jest również tak dobrany, aby reagował z i/lub usuwał siarkę z żelaza. Ponadto, reaktywny czynnik odsiarczający jest tak dobrany, aby minimalizował ilości wprowadzanych niepożądanych materiałów, takich jak siarka, do surówki podczas całego procesu odsiarczania.

PL 198 649 B1

Według jednego z przykładów wykonania wynalazku, reaktywny czynnik odsiarczający stanowi środek magnezowy zawierający magnez, stop magnezu i/lub związek magnezu. W innym specyficznym przykładzie wykonania wynalazku, środek magnezowy zasadniczo stanowi magnez metaliczny. Co będzie zrozumiałe, również inne lub dodatkowe reaktywne czynniki odsiarczające można zastosować w środku odsiarczającym według wynalazku, takie jak, lecz nieograniczając się jedynie do nich, wapń, tlenek wapnia i/lub węglik wapnia.

Według jeszcze innego przykładu wykonania wynalazku, zawartość procentowa reaktywnego czynnika odsiarczającego, który jest powleczony cząstkami związku absorbującego ciepło, jest większa niż zawartość procentowa cząstek związku absorbującego ciepło, które znajdują się bezpośrednio na danej cząstce reaktywnego czynnika odsiarczającego. Korzystnie, rozmiar cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego jest również większy od średniego rozmiaru cząstek związku absorbującego ciepło. Według jednego z preferowanych przykładów wykonania wynalazku, średni rozmiar cząstki powleczonego reaktywnego czynnika odsiarczającego jest co najmniej dwa razy większy od średniego rozmiaru cząstek związku absorbującego ciepło, który powleka tą cząstkę reaktywnego czynnika odsiarczającego. Według kolejnego specyficznego przykładu wykonania wynalazku, średni rozmiar cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego jest około 2-1000 razy większy od maksymalnego rozmiaru cząstek związku absorbującego ciepło. Według jednego przykładu wykonania wynalazku, średni rozmiar cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego wynosi około 1,5 mm, korzystnie około 0,2-1 mm a korzystniej około 0,5-1 mm. W i nnym przykładzie wykonania, średni rozmiar cząstek związku absorbującego ciepło stosowanego do powlekania cząstek reaktywnego czynnika odsiarczającego wynosi do około 0,5 mm, korzystnie do około 0,25 mm, korzystniej do około 0,18 mm a nawet jeszcze bardziej korzystnie 0,15 mm, i ciągle jeszcze bardziej korzystnie do około 0,11 mm. W jeszcze innym przykładzie wykonania wynalazku, średnia zawartość procentowa cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego, który jest powleczony cząstkami związku absorbującego ciepło, wynosi około 50 -99% wagowych w przeliczeniu na całkowitą masę reaktywnego czynnika odsiarczającego i związku absorbującego ciepło. Co zostanie docenione, cząstka reaktywnego czynnika odsiarczającego może być częściowo lub całkowicie powleczona cząstkami związku absorbującego ciepło. Jeśli cząstka reaktywnego czynnika odsiarczającego jest jedynie częściowo powleczona przynajmniej 10%, korzystnie większa część powierzchni reaktywnego czynnika odsiarczającego jest pokryta cząstkami związku absorbującego ciepło. Korzystnie, związek absorbujący ciepło stanowi, co najmniej 1% wagowy powleczonej cząstki, korzystniej co najmniej około 2% wagowych a nawet jeszcze korzystniej około 2-30% wagowych. Cząstki związku absorbującego ciepło mogą tworzyć mieszankę i/lub konglomeraty (zlepki) z pojedynczymi lub z wieloma cząstkami reaktywnego czynnika odsiarczającego. W takich mieszankach i/lub konglomeratach, zawartość procentowa związku absorbującego ciepło może być większa niż zawartość procentowa związku absorbującego ciepło na nieskonglomerowanych (niezlepionych) powleczonych cząstkach reaktywnego czynnika odsiarczającego. Zawartość procentowa cząstek związku absorbującego ciepło w konglomeracie może wynosić do około 70% wagowych.

Według jeszcze kolejnego przykładu wykonania wynalazku, związek absorbujący ciepło zawiera stałe związki węglikowe i/lub żelazostopy. Związek węglikowy i/lub żelazostop korzystnie jest stały w temperaturze otoczenia (to znaczy w temperaturze około 21°C), i korzystniej pozostaje on stały co najmniej do momentu tuż przed jego zmieszaniem ze stopionym żelazem, takim jak stopiona surówka żelaza. Związek węglikowy i/lub żelazostop jest tak dobrany, aby absorbował ciepło z reaktywnego czynnika odsiarczającego, zwiększając w ten sposób czas przebywania reaktywnego czynnika odsiarczającego w stopionej surówce żelaza w gąskach. Związek węglikowy i/lub żelazostop może również działać, jako katalizator dla siarkowych reakcji pomiędzy siarką a reaktywnym czynnikiem odsiarczającym. Korzystnie związek węglikowy i/lub żelazostop ma wyższą temperaturę topnienia niż reaktywny czynnik odsiarczający. Według kolejnego przykładu wykonania wynalazku, związek węglikowy i/lub żelazostop reaguje endotermicznie i/lub rozkłada się w stopionej surówce żelaza absorbując w ten sposób ciepło. Związek węglikowy i/lub żelazostop o wyższej temperaturze topnienia, i/lub związek węglikowy i/lub żelazostop reagujący endotermicznie, i/lub rozkładający się, przyciąga ciepło i/lub absorbuje ciepło wokół tego związku węglikowego i/lub żelazostopu. Zdolność absorbowania ciepła związku absorbującego ciepło przejawia się w zmniejszonej ilości ciepła działającej na powleczoną cząstkę reaktywnego czynnika odsiarczającego w określonym przedziale czasu. W tym okresie czasu oddziaływanie zmniejszonej ilości ciepła zmniejsza prędkość parowania reaktywnego czynnika odsiarczającego, i zmniejsza prędkość jego opuszczania w postaci bąbelków stopionej surówki żelaza. Jeśli

PL 198 649 B1 reaktywny czynnik odsiarczający stanowi lub zawiera środek magnezowy, to związek absorbujący ciepło pracuje w celu wydłużenia czasu przebywania tego magnezu w stopionej surówce żelaza, pozwalając na rozpuszczenie się magnezu w stopionej surówce żelaza tak, aby magnez był zdolny do kontynuowania reakcji z siarką w stopionej surówce żelaza.

Im dłużej magnez pozostaje w postaci stałej lub ciekłej w stopionej surówce żelaza, tym wyższa jest wydajność odsiarczająca tego magnezu. Stopiona surówka żelaza ma temperaturę równą co najmniej 1140°C. Magnez ma temperaturę topnienia równą około 649°C a temperaturę wrzenia równą około 1107°C. Związek absorbujący ciepło jest tak przygotowany, aby zmniejszał prędkość stapiania się reaktywnego czynnika odsiarczającego, takiego jak magnez, w powleczonej cząstce, oraz aby zmniejszał prędkość z jaką reaktywny czynnik odsiarczający zaczyna wrzeć i ostatecznie odparowywać. Stwierdzono, że związek absorbujący ciepło może zmniejszyć temperaturę wokół reaktywnego czynnika odsiarczającego do co najmniej temperatury topnienia magnezu przez określony okres czasu. Zmniejszona temperatura wokół cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego występuje nawet po tym, jak materiał absorbujący ciepło odklei się od powierzchni cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego. Zmniejszona temperatura jest wynikiem tego, że materiał absorbujący ciepło absorbuje ciepło z otaczającej ciekłej surówki żelaza, powodując w ten sposób utworzenie środowiska o obniżonej temperaturze w bliskim sąsiedztwie związku absorbującego ciepło. Gdy związek węglikowy i/lub żelazostop stosuje się jako część związku absorbującego ciepło, to korzystnie zawierają one lecz nie są do nich jedynie ograniczone, węglik żelaza i/lub wysokowęglowe żelazomangany.

Według dalszego aspektu wynalazku, cząstki związku absorbującego ciepło są, co najmniej częściowo związane z powierzchnią cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego za pomocą środka wiążącego. Środek wiążący może również wpływać wspomagająco na płynność powleczonych cząstek reaktywnego czynnika odsiarczającego. Środek wiążący może zawierać wiele związków, które mogą wspomagać wiązanie cząstek związku absorbującego ciepło do powierzchni cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego, i/lub tworzyć mieszanki i/lub konglomeraty cząstek związku absorbującego ciepło i cząstek reaktywnego czynnika odsiarczającego. W jednym z przykładów wykonania wynalazku, środek wiążący jest tak dobrany aby nie wprowadzał żadnych niepożądanych materiałów, takich jak siarka, do surówki żelaza. Środek wiążący może zawierać, lecz nie jest do nich jedynie ograniczony, alkohole wielowodorotlenowe, pochodne alkoholi wielowodorotlenowych i/lub związki silikonu.

Według innego wykonania wynalazku, surówka żelaza jest osłonięta od atmosfery podczas procesu odsiarczania. W jednym z wykonań wynalazku, takie osłaniania przyjmuje postać tworzenia obojętnego i/lub nieutleniającego środowiska wokół stopionej surówki żelaza. To obojętne i/lub nieutleniające środowisko może być utworzone poprzez umieszczenie surówki żelaza w komorze wypełnionej obojętnym i/lub nieutleniającym gazem, i/lub poprzez przepuszczanie obojętnego i/lub nieutleniającego gazu ponad powierzchnią surówki żelaza podczas procesu odsiarczania. To obojętne i/lub nieutleniające środowisko hamuje lub zapobiega kontaktowaniu się tlenu z surówką żelaza i utlenianiu różnych składników środka odsiarczającego, i/lub zapobiega reagowaniu tlenu z surówką żelaza podczas procesu odsiarczania. Obojętne i/lub nieutleniające gazy, które można zastosować do wytworzenia obojętnego i/lub nieutleniającego środowiska obejmują, lecz nie są jedynie do nich ograniczone, hel, azot, argon i gaz ziemny.

Według jeszcze innego wykonania wynalazku, do powlekanego reaktywnego czynnika odsiarczającego dodany jest związek wapnia w celu wspomożenia usuwania siarki z surówki żelaza. Związek wapnia tak jest dobrany, aby reagował z siarką w stopionej surówce żelaza. Można zastosować różne związki wapnia, takie jak wybrane, lecz nie jedynie do nich ograniczone, z grupy obejmującej tlenek wapnia, węglik wapnia, węglan wapnia, chlorek wapnia, cyjanamid wapnia, jodek wapnia, azotan wapnia, wapno dwuamidowe oraz azotyn wapnia. W jednym z wykonań wynalazku, związek wapnia rozpada się i w stopionej surówce żelaza tworzy się jon wapniowy, który jest zdolny do reagowania z siarką. Związek wapnia może mieć lub może nie mieć temperatury topnienia, która jest niższa od temperatury stopionej surówki żelaza. W innym przykładzie wykonania wynalazku, związek wapnia jest tak dobrany aby jony pierwotnie przyłączone do jonów wapnia nie wpływały przeciwnie na proces odsiarczania. Jeśli w środku odsiarczającym według wynalazku stosuje się związek wapnia, to ten związek wapnia korzystnie zawiera tlenek wapnia, węglan wapnia i/lub węglik wapnia. W jeszcze innym wykonaniu wynalazku, rozmiar cząstek związków wapnia jest tak dobrany aby zapewnić niezbędną reaktywność lub aktywność tego związku wapnia z siarką w surówce żelaza. Jeśli rozmiar cząstek jest zbyt duży to mniej jonów wapnia będzie powstawać, powodując mniejszą wydajność

PL 198 649 B1 odsiarczania. W jednym konkretnym wykonaniu wynalazku, rozmiar cząstek związku wapnia jest utrzymywany mniejszy niż około 0,18 mm (rozmiar oczka sita 80 mesh).

Według jeszcze innego aspektu wynalazku, do powlekanego reaktywnego czynnika odsiarczającego dodany jest związek węglikowy, w celu wspomożenia usuwania siarki z surówki żelaza.

Związek węglikowy może być taki sam, może zawierać lub może być innym związkiem niż związek absorbujący ciepło, którym powleczona jest powierzchnia cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego. Jeśli stosuje się niepowlekający węglik, to cząstki tego węglika mają rozmiar do około 1,5 mm, korzystnie mniejszy niż około 0,18 mm (rozmiar oczek sita 80 mesh).

Według jeszcze innego wykonania wynalazku, do powlekanego reaktywnego czynnika odsiarczającego dodany jest gaz w celu wspomożenia mieszania i rozprowadzania środka odsiarczającego według wynalazku w stopionej surówce żelaza.

Ten środek mieszający może powodować zwiększenie szybkości reakcji siarki w stopionej surówce żelaza.

W jednym wykonaniu, gaz tworzy się ze związku wytwarzającego gaz. W jednym specyficznym wykonaniu związek wytwarzający gaz jest tak dobrany, aby gaz powstawał w wyniku kontaktu tego związku ze stopioną surówką żelaza. Wytworzony gaz miesza różne składniki reagenta odsiarczania w surówce żelaza, zwiększając wydajność odsiarczania środka odsiarczającego według wynalazku. Gaz ten rozprowadza środek odsiarczający według wynalazku, maksymalizując miejsca aktywne dostępne dla reakcji z siarką, i w ten sposób powoduje dalsze podniesienie wydajności usuwania siarki z surówki żelaza. Gaz dodany do surówki żelaza i/lub gaz uzyskany ze związku wytwarzającego gaz korzystnie nie są szkodliwe dla procesu odsiarczania i/lub dla środowiska wokół procesu odsiarczania. W jednym konkretnym wykonaniu wynalazku związek wytwarzający gaz stanowi związek stały w temperaturze otoczenia. Związki wytwarzające gaz, które korzystnie mogą być zastosowane, obejmują, lecz nie są do nich ograniczone, węgiel, plastik, gumę, stałe węglowodory, stałe alkohole, stałe związki zawierające azot, stale estry i/lub stałe etery.

Według jeszcze innego wykonania wynalazku, do powlekanego reaktywnego czynnika odsiarczającego dodany jest środek poprawiający właściwości żużla, w celu wytworzenia większej ilości płynnego żużlu i/lub w celu zmniejszenia ilości ciekłej surówki żelaza zamkniętej w tworzącym się żużlu. Można zastosować różne środki poprawiające właściwości żużla, takie jak, lecz nie jedynie do nich ograniczone, fluoryt metalurgiczny, fluoryt w kwaśnej odmianie, wapno dolomitowe, krzemionkę, węglan sodu, chlorek sodu, chlorek potasu, potaż (techniczny węglan potasu), kryolit, kryolit potasu, kolemanit, chlorek wapnia, aluminian wapnia, fluorek sodu, bezwodny boraks rodzimy, sjenit nefelinu i/lub sodę kalcynowaną. W j ednym z wykonań wynalazku, zastosowano fluoryt metalurgiczny i/lub fluoryt w kwaśnej odmianie, taki jak, lecz nie tylko do niego ograniczony, fluorek wapnia. Fluoryt metalurgiczny i/lub fluoryt w kwaśnej odmianie powoduje pożądane modyfikacje własności fizycznych żużla. Ilość środka poprawiającego właściwości żużla dobiera się tak, aby poprawić charakterystyki żużla bez niepożądanego zmniejszenia lepkości żużla, dzięki czemu siarka może łatwo przechodzić z powrotem do stopionej surówki żelaza,

Według innego przykładu wykonania wynalazku, środek odsiarczający jest wdmuchnięty pod powierzchnię stopionego żelaza, takiego jak surówka żelaza. Środek odsiarczający może być tak wdmuchnięty, że powleczony reaktywny czynnik odsiarczający jest wdmuchiwany jako taki do surówki żelaza, może być on wdmuchnięty razem z innymi składnikami środka odsiarczającego, lub też może on być współ-wdmuchnięty z innymi składnikami środka odsiarczającego. W jednym wykonaniu, składniki środka odsiarczającego są fluidyzowane zanim zostaną wdmuchnięte do stopionej surówki żelaza. W jednym specyficznym wykonaniu wynalazku, składniki odsiarczające są fluidyzowane w stanie półzwartym zanim zostaną wdmuchnięte do surówki żelaza.

Taki fluidalny środek odsiarczający jest przenoszony do surówki za pomocą gazu nośnego. W i nnym specyficznym wykonaniu, gaz nośny jest obojętny i/lub nieutleniający wobec składników środka odsiarczającego. Gazami nośnymi, które mogą być użyte, lecz nie są do nich tylko ograniczone, są argon, azot, hel, gaz ziemny lub różne inne obojętne i/lub nieutleniające gazy.

Pierwszym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zwiększa wydajność odsiarczania żelaza.

Innym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który tworzy żużel zatrzymujący związki siarki wytworzone podczas odsiarczania.

Jeszcze innym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zawiera reaktywny czynnik odsiarczający usuwający siarkę z żelaza, zwłaszcza z surówki żelaza.

PL 198 649 B1

Kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zawiera związek absorbujący ciepło zmniejszający prędkość parowania reaktywnego czynnika odsiarczającego w stopionej surówce żelaza.

Ciągle jeszcze kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zawiera cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego powleczone cząstkami środka absorbującego ciepło.

Innym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, w którym rozmiar cząstek reaktywnego czynnika odsiarczającego jest zasadniczo większy od rozmiaru cząstek absorbujących ciepło powlekających powierzchnię cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego.

Dalszym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, w którym cząstki absorbujące ciepło, stosowane do powlekania powierzchni cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego, zawierają węglik i/lub żelazostop o temperaturze topnienia poniżej temperatury poddawanej obróbce, stopionej surówki żelaza.

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, w którym masa cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego jest zasadniczo większa od masy cząstek absorbujących ciepło powlekających powierzchnię tej cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego.

Jeszcze kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zawiera środek wiążący do wiązania cząstek absorbujących ciepło na powierzchni cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego.

Jeszcze kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zawiera związek wytwarzający gaz lub związek wytwarzający substancje lotne, uwalniający gaz podczas kontaktu ze stopioną surówką żelaza.

Innym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zawiera związek wapnia i/lub związek węglikowy usuwający siarkę z surówki.

Jeszcze kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który zawiera środek poprawiający właściwości żużla i udoskonalający charakterystyki żużla znajdującego się na powierzchni surówki żelaza.

Kolejnym celem wynalazku jest dostarczenie środka odsiarczającego, który jest wdmuchiwany pod powierzchnię surówki.

Celem wynalazku jest również dostarczenie bardziej wydajnego sposobu usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo, zwłaszcza ze stopionej surówki żelaza.

Te i inne cele wynalazku będą oczywiste dla specjalisty biegłego w stanie techniki, po zapoznaniu się i zrozumieniu zamieszczonego poniżej szczegółowego opisu korzystnych przykładów wykonania wynalazku razem z załączonymi rysunkami.

Przedmiot wynalazku może przybrać fizyczną postać pewnych części i wzajemnego układu tych części, których referowane przykłady wykonania będą poniżej szczegółowo opisane i zilustrowane za pomocą załączonych rysunków.

Figura 1 przedstawia widok poglądowy środka odsiarczającego znanego ze stanu techniki w stopionej surówce żelaza, gdzie środek odsiarczający zawiera związek wapnia, węglowodorową substancję lotną oraz magnez.

Figura 2 przedstawia widok poglądowy środka odsiarczającego znanego ze stanu techniki w stopionej surówce żelaza, gdzie środek odsiarczający zawiera żelazomangan i magnez.

Figura 3 przedstawia widok poglądowy środka odsiarczającego według wynalazku, gdzie cząstka magnezowa powleczona jest węglikiem żelaza i/lub wysokowęglowym żelazomanganem.

Figura 4A przedstawia widok poglądowy na rozkład temperatury otaczającej powleczoną cząstkę magnezową w stopionej surówce żelaza.

Figura 4B przedstawia widok poglądowy na reakcję środka odsiarczającego według wynalazku w stopionej surówce żelaza.

Figura 5A przedstawia widok poglądowy na aktywność magnezu ze środka odsiarczającego znanego w stanie techniki w stopionej surówce żelaza.

Figura 5B przedstawia widok poglądowy na aktywność magnezu ze środka odsiarczającego według wynalazku w stopionej surówce żelaza.

Figura 6 przedstawia wykres liczby cząstek powlekających cząstkę środka magnezowego w funkcji rozmiaru cząstek środka powlekającego.

Figura 7A przedstawia widok poglądowy środka odsiarczającego według wynalazku, gdzie cząstka magnezowa jest całkowicie powleczona związkiem absorbującym ciepło.

PL 198 649 B1

Figura 7B przedstawia widok poglądowy środka odsiarczającego według wynalazku, gdzie cząstka magnezowa jest częściowo powleczona związkiem absorbującym ciepło.

Figura 7C przedstawia widok poglądowy środka odsiarczającego według wynalazku, gdzie wiele cząstek magnezowych jest wymieszanych i/lub skonglomerowanych ze związkiem absorbującym ciepło.

Figura 8 przedstawia widok poglądowy cząstki środka odsiarczającego według wynalazku.

Figura 8A przedstawia powiększony widok poglądowy cząstki środka odsiarczającego według wynalazku, jak przedstawiono na fig. 8.

Figura 9 przedstawia widok poglądowy cząstki środka odsiarczającego według wynalazku, gdzie cząstka magnezowa jest powleczona węglikiem i tlenkiem wapnia.

Figura 10 przedstawia widok poglądowy środka odsiarczającego według wynalazku, wdmuchiwanego do stopionej surówki żelaza.

Figura 11 przedstawia widok poglądowy alternatywnego przykładu wykonania wynalazku, gdzie cząstki magnezowe są zmieszane z cząstkami związku absorbującego ciepło zanim zostaną wdmuchnięte do stopionej surówki żelaza.

Figura 12 przedstawia widok poglądowy innego alternatywnego przykładu wykonania wynalazku, gdzie cząstki wapna i/lub węglanu wapnia są zmieszane z cząstkami magnezowymi powleczonymi związkiem absorbującym ciepło zanim zostaną wdmuchnięte do stopionej surówki żelaza.

Nawiązując do rysunków, na których przedstawiono preferowane przykłady wykonania wynalazku jedynie w celach ilustracyjnych, bez zamiaru ograniczania wynalazku, fig. 1 przedstawia środek odsiarczający znany w stanie techniki, taki jak ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,345,940, stosowany do usuwania siarki ze stopionego żelaza. Środek odsiarczający stanowi kombinacja cząstek związku wapnia 20, takiego jak cząstki tlenku wapnia (CaO) i/lub cząstki węglika wapnia (CaC2), węglowodorowej substancji lotnej (HC), oraz magnezu (Mg). Cząstki związku wapnia 20 reagują z siarką w żelazie 30 dając siarczek wapnia w warstwie żużla 40. Korzystnie, stopione żelazo 30 stanowi surówka żelaza, jednakże stopionym żelazem może być również inny rodzaj stopu żelaza. Cząstki związku wapnia 20, które nie reagują z siarką migrują do warstwy żużla 40. Magnez i węglowodorowa substancja lotna natychmiast odparowują w wyniku kontaktu ze stopioną surówką żelaza 30, tworząc bąbelki par magnezu 50 oraz bąbelki wodoru i/lub węglowodoru 60. Bąbelki 50 i 60 powodują powstawanie turbulencji w surówce żelaza, gdyż bąbelki te migrują w górę poprzez surówkę żelaza i poprzez warstwę żużla 40. Turbulencja wywołana bąbelkami powoduje wzrost wydajności usuwania siarki za pomocą środka odsiarczającego 20. Czas przebywania magnezu w stopionej surówce żelaza jest bardzo krótki, z powodu natychmiastowego parowania magnezu w stopionej surówce żelaza 30. Ponieważ magnez musi najpierw rozpuścić się w surówce żelaza zanim może on usuwać znaczne ilości siarki, to z powodu parowania wiele magnezu nie reaguje z siarką w surówce żelaza 30.

Figura 2 przedstawia inny środek odsiarczający znany w stanie techniki, ujawniony w luksemburskim opisie patentowym nr 88252. Ten środek odsiarczający wytworzony jest z cząstek żelazomanganowych 100 oraz cząstek magnezowych 110. Zarówno żelazomangan jak i magnez służą do usuwania siarki z surówki żelaza 30. Magnez jest również stosowany do wytwarzania turbulencji w stopionej surówce żelaza 30. Głównym składnikiem tego środka odsiarczającego 100 jest węglik żelaza i/lub żelazomangan, i stanowią one większość w tym środku odsiarczającym. Cząstki żelazomanganu 100 są takie same lub nieco większe od cząstek magnezowych 110. W wyniku tego, żelazomangan 100 nie powleka magnezu 110 i na odwrót. Jak pokazano na rysunku, żelazomangan reaguje siarką w stopionej surówce żelaza 30, tworząc siarczek manganu w żużlu 120. Żużel 120 będzie również zawierał nieprzereagowany żelazomangan 100. Gdy cząstki żelazomanganu topią się w stopionej surówce żelaza, to absorbują one ciepło z kąpieli. Ta absorpcja ciepła powoduje tworzenie się pośredniego obszaru wokół cząstek żelazomanganu 100, który jest nieznacznie chłodniejszy. Dlatego cząstki magnezowe 110, które znajdują się w bardzo bliskim sąsiedztwie z żelazomanganem 100 w stopionej surówce żelaza 30, będą poddawane działaniu mniej nagrzanego środowiska. I chociaż te wybrane cząstki magnezowe są poddawane działaniu mniej nagrzanego środowiska, to znaczna ilość magnezu ciągle jeszcze wyparowywuje i ucieka poprzez żużel 120 bez reagowania z siarką w stopionej surówce żelaza 30.

Nawiązując teraz do fig. 3, przedstawia ona ośrodek odsiarczający 200, zawierający reaktywny czynnik odsiarczający 210, utworzony z cząstek magnezowych, oraz czynnik absorbujący ciepło 220. utworzony z cząstek wysokowęglowego żelazomanganu i/lub z cząstek węglika żelaza. Jednakże, ten

PL 198 649 B1 środek absorbujący ciepło może zawierać, lub być pierwiastkiem albo związkiem innym niż wysokowęglowy żelazomangan i/lub węglik żelaza. W opisie jednego z preferowanych przykładów wykonania wynalazku, reaktywnym czynnikiem odsiarczającym 210 będzie cząstka magnezowa, a czynnikiem absorbującym ciepło 220 będzie wysokowęglowy żelazomangan i/lub węglik żelaza.

Środek odsiarczający 200 według wynalazku utworzony jest poprzez powlekanie cząstki magnezowej 210 cząstkami wysokowęglowego żelazomanganu i/lub węglika żelaza 220. Cząstka magnezowa 210 zasadniczo jest czystym magnezem, lecz może zawierać lub być ewentualnie stopem magnezu i/lub związkiem magnezu. Cząstki wysokowęglowego żelazomanganu i/lub węglika żelaza powlekają zewnętrzną powierzchnię cząstki magnezowej. Co będzie korzystne, cząstka magnezowa może być powleczona wysokowęglowym żelazomanganem i/lub węglikiem żelaza. Jak przedstawiono na fig. 3, rozmiar cząstek powlekających jest mniejszy od rozmiaru cząstki magnezowej. Korzystnie, średni rozmiar cząstki magnezowej jest co najmniej dwa razy większy od maksymalnego rozmiaru cząstek powlekających. Średni rozmiar cząstek magnezowych może się zmieniać w przedziale do około 1,5 mm. Średni rozmiar cząstek powlekających może się zmieniać w przedziale do około 0,5 mm. Cząstka magnezowa stanowi co najmniej 50% środka odsiarczającego. Zawartość procentowa powłoki wynosi około 2-50% wagowych.

Nawiązując teraz do fig. 4A i 4B, cząstka magnezowa 210 powleczona jest związkiem absorbującym ciepło 220, takim jak węglik żelaza i/lub wysokowęglowym żelazomanganem, w celu zmniejszania prędkości z jaką cząstka magnezowa 210 odparowywuje w stopionej surówce żelaza 30. Jak pokazano na fig. 4A, związek absorbujący ciepło absorbuje ciepło zmniejszając w ten sposób, w określonym czasie, temperaturę lub ilość ciepła na jakich działanie narażona jest cząstka magnezowa w stopionej surówce żelaza 30.

Stopiona surówka żelaza 30 jest utrzymywana powyżej temperatury topnienia surówki żelaza zasadniczo w temperaturze około 1204-1454^oC (2200-2650^oF).

Jak pokazano na fig. 4A, związek absorbujący ciepło tworzy cieplną pseudoosłonę 230 wokół cząstki magnezowej, tak że temperatura, na jakiej działanie narażona jest cząstka magnezowa przez określony przedział czasu jest niższa lub w przybliżeniu równa temperaturze topnienia magnezu. Cieplna pseudoosłona 230 utworzona przez związek absorbujący ciepło pozwala, aby magnez pozostawał w postaci ciekłej 240, jak pokazano na fig. 4B. W wyniku tego, magnez jest utrzymywany w postaci ciekłej przez dłuższy czas, co pozwala magnezowi na rozpuszczenie się w stopionym żelazie i reagowanie z siarką rozpuszczoną w stopionej surówce żelaza tworząc siarczek magnezu, który podnosi się do powierzchni stopionej surówki żelaza tworząc żużel 250. Jak pokazano na fig. 4B, związkiem absorbującym ciepło jest węglik żelaza i/lub wysokowęglowy żelazomangan. Ten węglik żelaza i/lub wysokowęglowy żelazomangan, pod wpływem działania stopionej surówki żelaza, rozpuszcza się i/lub dysocjuje do roztworu. Gdy cząstki rozpuszczają się, to absorbują ciepło wokół siebie. Podobnie, dysocjacja węglika żelaza do żelaza jest reakcją endotermiczną a zatem absorbującą ciepło. Ten mechanizm absorbowania ciepła w połączeniu z warstwą powlekającą cząstkę tworzy cieplną pseudoosłonę wokół cząstki magnezowej. Magnez, będący pierwiastkiem wysoce reaktywnym z siarką, gwałtownie tworzy siarczek magnezu 260 gdy magnez ten jest rozpuszczony w stopionej surówce żelaza. Utworzony siarczek magnezu podnosi się do warstwy żużla 250.

Ilustracyjne porównanie czasu przebywania dla magnezu w środku odsiarczającym znanym ze stanu techniki oraz dla magnezu w środku odsiarczającym według wynalazku przedstawiono na fig. 5A oraz 5B. Fig. 5A przedstawia cząstkę magnezową w stopionej surówce żelaza, która natychmiast wyparowała i utworzyła bąbelki gazu. Gdy tylko cząstka magnezowa wyparuje w gaz, to bąbelki gazu gwałtownie przemieszczają się z prędkością A poza surówkę żelaza. Czas potrzebny na wyparowanie cząstki magnezowej w surówce żelaza i na opuszczenie surówki żelaza w postaci bąbelków jest bardzo krótki. Fig. 5B przedstawia cząstkę magnezową posiadającą dłuższy czas przebywania A/X w stopionej surówce żelaza. Dłuższy czas przebywania pozwala na rozpuszczenie się wysoce reaktywnego magnezu w stopionej surówce żelaza i na jego reagowanie z siarką w stopionej surówce żelaza, tworząc siarczek magnezu.

Rozmiar cząstek związku absorbującego ciepło znajdujących się na powierzchni cząstki magnezowej jest bardzo ważny dla tworzenia powłoki na powierzchni tej cząstki magnezowej. Cząstki, które są zbyt duże nie mogą powlekać powierzchni magnezu ani też przyłączać się do powierzchni cząstki magnezowej, aby utworzyć pseudoosłonę cieplną. Stwierdzono, że bardzo drobne cząstki tworzą lepsze wiązania i dają lepszy efekt osłaniania cieplnego. Podczas gdy średni rozmiar cząstek związku absorbującego ciepło zmniejsza się, to dużą ilość cząstek stosuje się do powlekania

PL 198 649 B1 powierzchni cząstki magnezowej. Zjawisko to ilustruje fig. 6. Jak pokazano na fig. 6, większa ilość cząstek o średnim rozmiarze równym 0,1 mm powleka powierzchnię cząstki magnezowej niż cząstek o średnim rozmiarze równym 0,15 mm. Średni rozmiar cząstek związku absorbującego ciepło korzystnie jest mniejszy niż około 0,1 mm, korzystniej mniejszy niż około 0,15 mm a korzystniej jeszcze mniejszy niż około 0,11 mm.

Nawiązując teraz do fig. 7A-7C, ilość związku absorbującego ciepło może być różna na cząstce magnezowej. Na fig. 7A cząstki związku absorbującego ciepło 100 powlekają zasadniczo całą powierzchnię cząstki magnezowej 110. Fig. 7B ilustruje cząstki związku absorbującego ciepło 100 powlekające tylko częściowo powierzchnię cząstki magnezowej 110. Korzystnie, cząstka magnezowa jest w co najmniej 10% powleczona cząstkami związku absorbującego ciepło. Fig. 7C przedstawia cząstki związku absorbującego ciepło tworzące mieszankę i/lub konglomeraty z wieloma cząstkami magnezowymi.

Nawiązując teraz do fig. 8 i 8A, pokazano alternatywny przykład wykonania środka odsiarczającego według wynalazku, gdzie cząstki związku absorbującego ciepło 100 są związane z powierzchnią cząstki magnezowej 110 za pomocą środka wiążącego 300. Środek wiążący może zawierać wiele związków, które mogą pomagać w wiązaniu cząstek związku absorbującego ciepło na powierzchni cząstki środka magnezowego, i/lub w tworzeniu konglomeratów z cząstek absorbujących ciepło i cząstek środka magnezowego. Środek wiążący może również poprawiać płynność powleczonych cząstek środka magnezowego gdy jest on wdmuchiwany do stopionej surówki żelaza.

Środek wiążący może zawierać, lecz nie jest do nich ograniczony, alkohole wielowodorotlenowe, ich pochodne, i/lub związki silikonowe, jednakże inne środki wiążące mogą być także użyte. Jak pokazano na fig. 8A, środek wiążący zawiera glikol.

Nawiązując teraz do fig. 9, pokazano na niej inny przykład wykonania środka odsiarczającego według wynalazku, gdzie wapniowy związek odsiarczający 310, taki jak tlenek wapnia, powleka cząstki związku absorbującego ciepło 100 znajdującego się na powierzchni cząstki magnezowej 110. Korzystnie, inne lub dodatkowe związki lub pierwiastki mogą powlekać cząstkę magnezową w celu wspomożenia usuwania siarki, i/lub polepszenia własności żużla. Cząstki te zawierają środki poprawiające właściwości żużla, związki wytwarzające substancje lotne i tym podobne. Wszystkie lub tylko niektóre z powleczonych cząstek mogą być wiązane do cząstki magnezowej za pomocą środka wiążącego.

Figura 10 przedstawia proces, w którym środek odsiarczający może być wdmuchnięty do stopionej surówki żelaza 30. Na fig. 10 naczynie 400 zawiera mieszankę cząstek wapna i/lub węglika wapnia oraz cząstek magnezowych powleczonych cząstkami węglika żelaza i/lub wysokowęglowego żelazomanganu. Mieszanka z naczynia 400 wchodzi na linię 420, na której jest przenoszona do lancy 500 za pomocą gazu nośnego, po czym jest wdmuchnięta do stopionej surówki żelaza 30. Korzystnie, naczynie 400 może zawierać jedynie magnez powleczony węglikiem żelaza i/lub wysokowęglowym żelazomanganem.

Figura 11 przedstawia inny proces, w którym środek odsiarczający może być wdmuchnięty do stopionej surówki żelaza 30. Na fig. 11 cząstki magnezowe i cząstki związku absorbującego ciepło są ze sobą połączone tuż przed wdmuchnięciem ich do stopionej surówki żelaza 30. Naczynie 410 zawiera mieszankę cząstek wapna i/lub węglika wapnia oraz cząstek magnezowych, a naczynie 430 zawiera mieszankę cząstek wapna i/lub węglika wapnia oraz cząstek węglika żelaza i/lub wysokowęglowego żelazomanganu. Cząstki z naczynia 430 wchodzą na linię 420. Cząstki z naczynia 410 wchodzą na linię 420, na której mieszają się one z cząstkami z naczynia 430. Cząstki przenoszone są do lancy 500 za pomocą gazu nośnego. Na linii 420 i w lancy 500 cząstki mieszają się ze sobą, po czym zostają wdmuchnięte do stopionej surówki żelaza 30. Korzystnie, naczynie 410 może zawierać jedynie magnez, a naczynie 430 może zawierać jedynie węglik żelaza i/lub wysokowęglowy żelazomangan.

Figura 12 przedstawia inny proces, w którym środek odsiarczający może być wdmuchnięty do stopionej surówki żelaza 30. Na fig. 12 cząstki magnezowe powleczone cząstkami związku absorbującego ciepło są współ-wdmuchiwane razem z wapnem i/lub węglikiem wapnia. Naczynie 440 zawiera mieszankę cząstek wapna i/lub węglika wapnia i/lub innych związków, które wspomagają odsiarczanie lub poprawiają właściwości żużla. Naczynie 450 zawiera cząstki magnezowe powleczone związkiem absorbującym ciepło. Cząstki z naczynia 440 wchodzą na linię 420. Cząstki z naczynia 450 wchodzą na linię 420, na której mieszają się one z cząstkami z naczynia 440. Cząstki przenoszone są do

PL 198 649 B1 lancy 500 za pomocą gazu nośnego. Na linii 420 i w lancy 500 cząstki mieszają się ze sobą, po czym zostają wdmuchnięte do stopionej surówki żelaza 30.

Wynalazek został opisany w odniesieniu do preferowanych przykładów jego wykonania. Te oraz inne modyfikacje preferowanych przykładów wykonania, jak również inne wykonania wynalazku, będą wynikały z obecnego ujawnienia, gdzie poprzednia opisowa treść powinna być interpretowana zaledwie jako ilustrująca wynalazek a nie ograniczająca go. Zamiarem było włączenie wszystkich takich modyfikacji i odmian wynalazku do zakresu ochrony zdefiniowanego załączonymi zastrzeżeniami.

Claims (43)

1. Środek odsiarczający do usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo, zwłaszcza ze stopionej surówki żelaza, przy czym środek odsiarczający zawiera reaktywny czynnik odsiarczający, który jest co najmniej częściowo powleczony związkiem absorbującym ciepło, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) zmniejszający prędkość parowania reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210) ze stopionego żelaza (30) zawiera związek wybrany z grupy obejmującej węglik żelaza, wysokowęglowy żelazomangan i ich mieszaniny, a reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) ma rozmiar cząstek co najmniej dwa razy większy od rozmiaru cząstek związku absorbującego ciepło (100, 220).

2. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że jako reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) zawiera środek magnezowy wybrany z grupy obejmującej magnez, stały związek magnezu, stop magnezu i ich kombinacje.

3. Środek odsiarczający według zastrz. 2, znamienny tym, że jako środek magnezowy zawiera zasadniczo magnez.

4. Środek odsiarczający według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma wyższą temperaturę topnienia niż reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210).

5. Środek odsiarczający według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma niższą temperaturę topnienia niż stopione żelazo (30).

6. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że stopionym żelazem (30) jest stopiona surówka żelaza.

7. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) ma rozmiar cząstek mniejszy niż 1,5 mm.

8. Środek odsiarczający według zastrz. 7, znamienny tym, że reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) ma rozmiar cząstek równy 0,2 do 1 mm.

9. Środek odsiarczający według zastrz. 8, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma rozmiar cząstek mniejszy niż 0,18 mm.

10. Środek odsiarczający według zastrz. 9, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma rozmiar cząstek mniejszy niż 0,11 mm.

11. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) powleka mniej niż całą powierzchnię cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

12. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) powleka zasadniczo całą powierzchnię cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

13. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma postać mieszanki i/lub konglomeracji z wieloma cząstkami reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

14. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) jest co najmniej częściowo związany z reaktywnym czynnikiem odsiarczającym (110, 210) poprzez środek wiążący (300).

15. Środek odsiarczający według zastrz. 14, znamienny tym, że środek wiążący (300) zawiera związek wybrany z grupy obejmującej alkohole wielowodorotlenowe, pochodne alkoholi wielowodorotlenowych, związki silikonu i ich kombinacje.

16. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) stanowi co najmniej 2% wagowych całkowitej masy związku absorbującego ciepło (100, 220) i reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

PL 198 649 B1

17. Środek odsiarczający według zastrz. 16, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) stanowi 5-90% wagowych całkowitej masy związku absorbującego ciepło (100, 220) i reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

18. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera związek wapnia wybrany z grupy obejmującej węglik wapnia, tlenek wapnia, węglan wapnia, chlorek wapnia, cyjanamid wapnia, jodek wapnia, azotan wapnia, wapno diamidowe oraz azotyn wapnia.

19. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera związek lotny, który uwalnia produkt gazowy po kontakcie ze stopioną surówką, przy czym produkt gazowy zawiera gaz wybrany z grupy obejmującej związki tlenu, azot, związki azotu, wodór, węglowodory i ich kombinacje.

20. Środek odsiarczający według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera środek poprawiający właściwości żużla, przy czym środek poprawiający właściwości żużla zawiera fluoryt metalurgiczny, fluoryt w kwaśnej odmianie, wapno dolomitowe, krzemionkę, węglan sodu, chlorek sodu, chlorek potasu, potaż (techniczny węglan potasu), kryolit, kryolit potasu, kolemanit, chlorek wapnia, aluminian wapnia, fluorek sodu, bezwodny boraks rodzimy, sjenit nefelinu, sodę kalcynowaną i ich kombinacje.

21. Sposób usuwania siarki ze stopionych materiałów zawierających żelazo, zwłaszcza ze stopionej surówki żelaza, który obejmuje etap, w którym do stopionej surówki żelaza dodaje się mieszaninę zawierającą reaktywny czynnik odsiarczający oraz związek absorbujący ciepło, przy czym reaktywny czynnik odsiarczający jest co najmniej częściowo powleczony związkiem absorbującym ciepło, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) zmniejszający prędkość parowania reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210) ze stopionej surówki żelaza (30) zawiera związek wybrany z grupy obejmującej węglik żelaza, wysokowęglowy żelazomangan i ich mieszaniny, a reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) ma rozmiar cząstek co najmniej dwa razy większy od rozmiaru cząstek związku absorbującego ciepło (100, 220).

22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że jako reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) zawiera środek magnezowy wybrany z grupy obejmującej magnez, stały związek magnezu, stop magnezu i ich kombinacje.

23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że jako środek magnezowy zawiera zasadniczo magnez.

24. Sposób według zastrz. 21, albo 22, albo 23, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma wyższą temperaturę topnienia niż reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210).

25. Sposób według zastrz. 21, albo 22, albo 23, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma niższą temperaturę topnienia niż stopione żelazo (30).

26. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stopionym żelazem (30) jest stopiona surówka żelaza.

27. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) ma rozmiar cząstek mniejszy niż 1,5 mm.

28. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) ma rozmiar cząstek równy 0,2 do 1 mm.

29. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma rozmiar cząstek mniejszy niż 0,18 mm.

30. Sposób według zastrz. 29, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma rozmiar cząstek mniejszy niż 0,11 mm.

31. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) powleka mniej niż całą powierzchnię cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

32. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) powleka zasadniczo całą powierzchnię cząstki reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

33. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) ma postać mieszanki i/lub konglomeracji z wieloma cząstkami reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

34. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) jest co najmniej częściowo związany z reaktywnym czynnikiem odsiarczającym (110, 210) poprzez środek wiążący (300).

35. Sposób według zastrz. 34, znamienny tym, że środek wiążący (300) zawiera związek wybrany z grupy obejmującej alkohole wielowodorotlenowe, pochodne alkoholi wielowodorotlenowych, związki silikonu i ich kombinacje.

PL 198 649 B1

36. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) stanowi co najmniej 2% wagowych całkowitej masy związku absorbującego ciepło (100, 220) i reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

37. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że związek absorbujący ciepło (100, 220) stanowi 5-90% wagowych całkowitej masy związku absorbującego ciepło (100, 220) i reaktywnego czynnika odsiarczającego (110, 210).

38. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że zawiera związek wapnia wybrany z grupy obejmującej węglik wapnia, tlenek wapnia, węglan wapnia, chlorek wapnia, cyjanamid wapnia, jodek wapnia, azotan wapnia, wapno diamidowe oraz azotyn wapnia.

39. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że zawiera związek lotny, który uwalnia produkt gazowy po kontakcie ze stopioną surówką, przy czym produkt gazowy zawiera gaz wybrany z grupy obejmującej związki tlenu, azot, związki azotu, wodór, węglowodory i ich kombinacje.

40. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że zawiera środek poprawiający właściwości żużla, przy czym środek poprawiający właściwości żużla zawiera fluoryt metalurgiczny, fluoryt w kwaśnej odmianie, wapno dolomitowe, krzemionkę, węglan sodu, chlorek sodu, chlorek potasu, potaż (techniczny węglan potasu), kryolit, kryolit potasu, kolemanit, chlorek wapnia, aluminian wapnia, fluorek sodu, bezwodny boraks rodzimy, sjenit nefelinu, sodę kalcynowaną i ich kombinacje.

41. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że obejmuje etap, w którym co najmniej częściowo powleka się reaktywny czynnik odsiarczający (110, 210) związkiem absorbującym ciepło przed dodaniem mieszaniny odsiarczającej do stopionej surówki żelaza.

42. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że obejmuje etap, w którym mieszaninę odsiarczającą co najmniej częściowo wdmuchuje się pod powierzchnię stopionego żelaza (30).

43. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że obejmuje etap, w którym co najmniej częściowo współ-wdmuchuje się mieszaninę odsiarczającą do stopionego żelaza (30) z co najmniej jednym innym środkiem odsiarczającym.