PL235191B1

PL235191B1 - Sposób odwęglania stali

Info

Publication number: PL235191B1
Application number: PL422666A
Authority: PL
Inventors: Bogdan Zdonek; Andrzej Rzetelski; Ireneusz Szypuła; Leszek Blacha; Jerzy Łabaj; Jacek Pieprzyca; Tomasz Merder; Jarosław Moycho; Lech Bielański
Original assignee: Inst Metalurgii Zelaza Im Stanislawa Staszica; Politechnika Slaska W Gliwicach; Slaskie Towarzystwo Handlowe Kupiec Spolka Akcyjna
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2020-06-01
Also published as: PL422666A1

Abstract

Sposób odwęglania ciekłej stali mający zastosowanie w metalurgii żelaza do zmniejszenia zawartości węgla w ciekłej stali, w szczególności po spuście z pieca indukcyjnego prowadzi się w kadzi przy ciśnieniu atmosferycznym, przy czym tlen gazowy miesza z gazem obojętnym wprowadzając mieszaninę gazową z góry do kąpieli metalowej za pomocą zanurzanej lancy, gdzie w pierwszym etapie procesu natężenie przepływu tlenu wynosi 80 - 100% wartości maksymalnej dla tlenu, a natężenie przepływu gazu obojętnego stanowi od 40 - 50% przepływu maksymalnego dla gazu obojętnego, w drugim etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 60% wartości maksymalnej dla tlenu i zwiększa natężenie przepływu gazu obojętnego do 50 - 75% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego, w trzecim etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 40% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym zwiększeniu natężenia przepływu gazu obojętnego do wartości maksymalnej dla gazu obojętnego, w czwartym etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 20% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym utrzymaniu natężenia przepływu gazu obojętnego przy wartości maksymalnej dla gazu obojętnego, w końcowym piątym etapie rurą środkową lancy wdmuchuje się tlen przy natężeniu przepływu stanowiącym 10% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym wdmuchiwaniu gazu obojętnego rurą zewnętrzną lancy przy natężeniu przepływu 50 - 100% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób odwęglania ciekłej stali, mający zastosowanie w metalurgii żelaza do zmniejszenia zawartości węgla w ciekłej stali, w szczególności po spuście z pieca indukcyjnego.

Obecnie ciekłej stali nie odwęgla się w kadzi w warunkach ciśnienia atmosferycznego ze względów termodynamicznych. Odwęglanie stali w kadzi za pomocą tlenu wdmuchiwanego lancą odbywa się w warunkach obniżonego ciśnienia w procesie próżniowym VOD.

Znane są procesy odwęglania stali polegające na wdmuchiwaniu tlenu lancą zanurzaną do kąpieli metalowej w kadzi, służące do usuwania glinu, krzemu z ciekłego metalu. Znane są również procesy odwęglania ciekłej kąpieli wysokochromowej w konwertorze AOD za pomocą zanurzonych współśrodkowych dysz argonowo-tlenowych, lub w kadzi umieszczonej w komorze próżniowej w procesie VOD za pomocą tlenu wdmuchiwanego lancą od góry i argonu wdmuchiwanego przez gazo-przepuszczalny korek w dnie kadzi.

W obecnym stanie techniki odwęglanie ciekłych stopów żelaza przy ciśnieniu atmosferycznym prowadzi się w konwertorze LD (BOF), konwertorze AOD i w innych procesach konwertorowych, oraz w piecu łukowym. Nie prowadzi się natomiast odwęglania w piecu indukcyjnym ze względów bezpieczeństwa, wobec niewielkiej grubości ścian ogniotrwałego wyłożenia tygla pieca. Jednakże w związku ze zmniejszaniem emisji CO2 do otoczenia i instalowaniem sprawniejszych elektrycznie pieców indukcyjnych w układach o niskiej wydajności produkcji (poniżej 100 000 Mg stali/rok), bardzo ważna staje się konieczność odwęglania stali w kadzi w warunkach ciśnienia atmosferycznego.

Celem wynalazku jest zmniejszenie zawartości węgla w ciekłej stali po spuście z pieca do kadzi o małej pojemności, do bardzo niskich zawartości węgla w gotowej stali, w warunkach ciśnienia atmosferycznego.

Sposób odwęglania stali, w którym do usuwania węgla z ciekłego metalu stosuje się tlen gazowy i gaz obojętny, charakteryzuje się tym, że prowadzi się go w kadzi przy ciśnieniu atmosferycznym, przy czym tlen gazowy miesza się z gazem obojętnym wprowadzając mieszaninę gazową od góry do kąpieli metalowej za pomocą zanurzanej lancy, gdzie w pierwszym etapie procesu natężenie przepływu tlenu wynosi 80-100% wartości maksymalnej dla tlenu a natężenie przepływu gazu obojętnego stanowi od 40-50% przepływu maksymalnego dla gazu obojętnego, w drugim etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 60% wartości maksymalnej dla tlenu i zwiększa natężenie przepływu gazu obojętnego do 50-75% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego, w trzecim etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 40% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym zwiększeniu natężenia przepływu gazu obojętnego do wartości maksymalnej dla gazu obojętnego, w czwartym etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 20% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym utrzymaniu wartości maksymalnej natężenia przepływu gazu obojętnego, a w końcowym piątym etapie rurą środkową lancy wdmuchuje się tlen przy natężeniu przepływu stanowiącym 10% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym wdmuchiwaniu gazu obojętnego rurą zewnętrzną lancy przy natężeniu przepływu 50-100% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego.

Korzystnie, przez obie rury lancy wdmuchuje się gaz obojętny przy natężeniu przepływu 50-100% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego.

Korzystnie jest, gdy jako gaz obojętny stosuje się azot lub argon.

Równie korzystnie jest, gdy indywidualne natężenie przepływu gazu obojętnego wynosi od 6 do 20 Nm³/Mg · h, tlenu do 100 Nm³/Mg · h, przy nadciśnieniu dopływu gazu od 0,3 do 1,0 MPa.

Do zmniejszenia ciśnienia cząstkowego tlenku węgla z reakcji odwęglania kąpieli metalowej tlenem gazowym stosuje się zmianę objętości argonu lub azotu w trakcie procesu, w zależności od inte nsywności przebiegu reakcji odwęglania. Tlen wdmuchiwany do kąpieli powoduje utlenianie węgla rozpuszczonego w kąpieli metalowej, natomiast argon lub azot wpływają na zmniejszenie ciśnienia cząstkowego tlenku węgla.

Mieszanina gazowa wdmuchiwana jest od góry do ciekłego metalu w kadzi za pomocą zanurzanej lancy, mającej postać dwóch współśrodkowych rur - rury środkowej dla tlenu oraz rury zewnętrznej dla argonu lub azotu, oraz posiadającej zewnętrzną ogniotrwałą osłonę końcówki lancy zabezpieczającą przed nadmiernym zużywaniem się.

Zaletą wynalazku jest możliwość zastosowania sposobu do kadzi o małych pojemnościach, gdzie ze względu na mały przekrój poprzeczny dna kadzi nie można w bezpieczny sposób zastosować innego

PL 235 191 B1 rozwiązania, np. w postaci gazo-przepuszczalnego korka charakteryzującego się dużym natężeniem przepływu gazu.

Kolejną zaletą wynalazku jest korzystny wpływ podawanej mieszaniny gazów, w postaci tlenu oraz azotu lub argonu, do kąpieli metalowej. Gazy te powodują samoczynny przebieg reakcji odwęgl ania oraz zmniejszenie temperatury ciekłego metalu w obszarze wypływu gazów z lancy, wpływając tym samym na wolniejsze zużycie lancy oraz stopniowy niewielki przyrost temperatury ciekłego metalu, co z kolei zmniejsza erozyjne działanie kąpieli metalowej na wyłożenie ogniotrwałe kadzi.

Sposób według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

W pierwszym przykładzie wykonania procesu odwęglania stali, w kadzi o pojemności metalu 1 Mg, początkowo do wewnętrznej rury lancy wdmuchuje się tlen a do rury zewnętrznej argon z natężeniem przepływu każdego z nich 8,0 Nm³/h, przy ciśnieniu 0,5 MPa, następnie zanurza się lancę do ciekłego metalu na głębokość co najmniej 250 mm. W pierwszym etapie procesu ciśnienie zwiększa się do 0,9 MPa, natężenie przepływu tlenu zwiększa się do 80-100 Nm³/h, zaś argonu do 10 Nm³/h, i kontynuuje dmuchanie przez okres 3-5 minut. W drugim etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 60 Nm³ /h, zwiększając zarazem natężenie przepływu argonu do 15 Nm³/h, i kontynuuje wdmuchiwanie przez okres 2-3 minut. W trzecim etapie natężenie przepływu tlenu zmniejsza się do 40 Nm³/h i zwiększa natężenie przepływu argonu do 20 Nm³/h. W czwartym etapie natężenie przepływu tlenu zmniejsza się do 20 Nm³/h i pozostawia natężenie przepływu argonu na poziomie 20 Nm³/h. Czas dmuchania wynosi 1-2 minuty. W ostatnim piątym etapie do rury środkowej wdmuchuje się również argon z natężeniem przepływu 8 Nm³/h, przy równoczesnym wdmuchiwaniu argonu rurą zewnętrzną z natężeniem przepływu 8 Nm³/h przez 1-3 minuty.

Zawartość węgla w kąpieli metalowej zmniejszono z 0,70% do 0,40%.

P r z y k ł a d 2

W drugim przykładzie wykonania procesu odwęglania stali, w kadzi o pojemności metalu 1 Mg, wdmuchiwanie tlenu i argonu rozpoczęto przy natężeniu przepływu każdego z nich 8 Nm³/h i ciśnieniu 0,5 MPa przez 1 minutę, następnie zanurzono lancę do kąpieli na głębokość 100 mm od dna kadzi (wg wskaźnika położenia kadzi). W pierwszym etapie procesu natężenie przepływu tlenu ustawiono na 90 Nm³/h a argonu na poziomie 10 Nm³/h, przy ciśnieniu 0,9 MPa i czasie dmuchania 5 minut. W drugim etapie procesu zmniejszono natężenie przepływu tlenu do 60 Nm³/h a argonu utrzymywano na poziomie 10 Nm³/h, przy czasie dmuchania wynoszącym 3 minuty oraz ciśnieniu około 0,9 MPa. W trzecim etapie procesu zmniejszono natężenia przepływu tlenu do 40 Nm ³/h, zaś argonu zwiększono do 20 Nm³/h, przy ciśnieniu 0,9 MPa oraz przy czasie dmuchania wynoszącym 2 minuty. W czwartym etapie procesu po 2 minutach dmuchania zmniejszono natężenie przepływu tlenu do 20 Nm³/h a przepływ argonu utrzymano na poziomie 20 Nm³/h, i po 2 minutach wdmuchiwania gazów przy ciśnieniu 0,9 MPa w piątym etapie zmniejszono natężenia przepływu tlenu do 10 Nm³/h utrzymując natężenie przepływu argonu na poziomie 20 Nm³/h. Po 1 minucie dmuchania lancę wyciągnięto z kadzi i zakończono proces wdmuchiwania gazów.

Zawartość węgla w kąpieli metalowej zmniejszono z 0,38% na początku procesu dmuchania do 0,03% po zakończeniu procesu

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odwęglania stali, w którym do usuwania węgla z ciekłego metalu stosuje się tlen gazowy i gaz obojętny, znamienny tym, że prowadzi się go w kadzi przy ciśnieniu atmosferycznym, przy czym tlen gazowy miesza się z gazem obojętnym wprowadzając mieszaninę gazową od góry do kąpieli metalowej za pomocą zanurzanej lancy, gdzie w pierwszym etapie procesu natężenie przepływu tlenu wynosi 80-100% wartości maksymalnej dla tlenu a natężenie przepływu gazu obojętnego stanowi od 40-50% przepływu maksymalnego dla gazu obojętnego, w drugim etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 60% wartości maksymalnej dla tlenu i zwiększa natężenie przepływu gazu obojętnego do 50-75% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego, w trzecim etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 40% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym zwiększeniu natężenia przepływu gazu obojętnego do wartości maksymalnej dla gazu obojętnego, w czwartym etapie procesu zmniejsza się natężenie przepływu tlenu do 20% wartości maksymalnej dla

PL 235 191 B1 tlenu przy równoczesnym utrzymaniu wartości maksymalnej natężenia przepływu gazu obojętnego, a w końcowym piątym etapie rurą środkową lancy wdmuchuje się tlen przy natężeniu przepływu stanowiącym 10% wartości maksymalnej dla tlenu przy równoczesnym wdmuchiwaniu gazu obojętnego rurą zewnętrzną lancy przy natężeniu przepływu 50-100% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego.
2. Sposób odwęglania według zastrz. 1, znamienny tym, że przez obie rury lancy wdmuchuje się gaz obojętny przy natężeniu przepływu 50-100% wartości maksymalnej dla gazu obojętnego.
3. Sposób odwęglania według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gaz obojętny stosuje się azot lub argon.
4. Sposób odwęglania według zastrz. 1, znamienny tym, że indywidualne natężenie przepływu gazu obojętnego wynosi od 6 do 20 Nm³/Mg · h, tlenu do 100 Nm³/Mg · h, przy nadciśnieniu dopływu gazu od 0,3 do 1,0 MPa.