Opublikowano dnia 31 stycznia 1958 iv C3 4 *< t%h$ BIBLIOTEKA Urzedu Patentowego POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY ? Nr 40197 Oesterreichisch — Alpine Montangesellschaft Wieden, Austria KI. 10 b, 29- 4SL shi Sposób ujjjtirarzania stali Patent trwa od dnia 14 marca 1956 r.Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania stali posiadajacej mala zawartosc fosforu, azotu i tlenu. Odpowiada ona stali martenowskiej i mo¬ ze byc wytwarzana w konwertorze lub innym odpowiednim naczyniu nieogrzewanym, stru¬ mien wysokoprocentowego tlenu wdmuchuje sie przez jedna lub kilka dysz umieszczonych ponad kapiela na powierzchnie roztopionej su¬ rówki. Dzieki temu powstaje ograniczony osro¬ dek reakcji o wysokiej temperaturze. Przy sto¬ sowaniu kilku dysz rozmieszczonych tak, ze strumienie tlenu trafiaja w róznych miejscach powierzchni roztopionej surówki moze powsta¬ wac kilka oddzielnych osrodków reakcji. Sposób taki jest na ogól znany, a jego zaleta w stosun¬ ku do sposobu przedmuchiwania metalu przez otwory denne konwertora stanowi to, ze pozwa¬ la na wytwarzanie stali o mniejszej zawartosci tlerm. Aczkolwiek swiezenie stali przez dziala¬ nie na jej powierzchni strumieniem tlenu jest juz znane, tojednakze dopiero ostatnie ulepszenie umozliwily techniczna realizacje tego sposobu i pozwolily na wytwarzanie stali o wlasciwos¬ ciach zblizonych do stali martenowskiej. Wia¬ domo bylo ponadto, ze ze wzgledu na jakosc wytwarzanej stali korzystnie jest ilosc wdmu¬ chiwanego tlenu regulowac odpowiednio do ilosci potrzebnej do spalenia domieszek surów¬ ki, w szczególnosci przy koncu procesu swieze¬ nia.Aczkolwiek wspomniane sposoby umozliwialy swiezenie stali, to jednsak nie istniala niezawod¬ nosc w przemyslowym stosowaniu tego sposobu i nadawaniu stali zadanych wlasciwosci.Stwierdzono, ze dotychczas nie zwracano w dostatecznym stopniu uwagi na zuzycie ogólnej ilosci wdmuchiwanego tlenu na tone metalowe¬ go wsadu. Sposób wedlug wynalazku polega zasadniczo na scislym dobraniu ilosci tlenu na tone metalowego wsadu, która wynosi mozliwie malo ponad teoretyczna ilosc tlenu. W zadnym razie nie moze ona przekraczac 112?/© ilosci teo¬ retycznej tlenu. Ogólnie biorac, stosuje sie ilosc tlenu okolo 1059/t ewentualnie jeszcze nieco mniejsza ilosc od teoretycznej. Wedlug wynalaz¬ ku mozna stosowac dodatkowo rózne znane srodki. Mozna np. roztopiona surówke swiezyc w nieogrzewanym naczyniu wraz z dodatkamizawierajacymi zwlaszcza wapno, tlenek zelaza oraz imne srodki roztopione jak równiez srodki odtleniajace i skladniki stopowe.- Ponizej wyjasniono co nalezy rozumiec pod okresleniem „teoretycznie potrzebne zuzycie tle¬ nu" i sposób jego okreslania.Przy swiezeniu kapieli metalowej zawierajacej wegiel potrzebny jest najpierw tlen do utlenia¬ nia jej skladników az do wartosci zamierzonych w gotowej stali. Wegiel zostaje spalony na tle¬ nek wegla utleniany nastepnie na dwutlenek wegla, przy czym stwierdzano na podstawie ana- lizy, ze okolo 90°/o wegla zostaje w konwertorze utlenione na Co, a1 okolo W/o — na CO, co wy¬ stepuje przy wykonywaniu sposobu wedlug wy¬ nalazku. Gazy te uchodza przez wylot konwerto¬ ra. Mangan zawarty w kapieli metalowej utlenia sie na MnO i przechodzi do zuzli; krzem utlenia sie na SiO* i fosfor na P*Os, przy czym produkty utleniania równiez przechodza do zuzli. Siarka wskutek wysokiej temperatury istniejacej w miejscu reakcji tlenu z kapiela metalowa zostaje czesciowo spalona bezposrednio na dwutlenek siarki, uchodzacy wraz z gazami odlotowymi, a czesciowo zostaje zwiazany w zuzlu w postaci CaS. Przy upaleniu teoretycznej ilosci ttenu po¬ trzebnej do swiezenia nalezy sie liczyc z utle¬ nianiem siatiri na SOz.Wskutek wytwarzania sie wysokiej tempera¬ tury zachodza w strefie reakcji miedzy tlenem i powierzchnia kapieli reakcje chemicznie nie calkowicie jeszcze zbadtfne, które powoduja utle¬ niajace spalanie zelaza i tworzenie sie dymu.Jak wykazaly doswiadczenia powstaje z okolo 10 kg pylu na tone wsadu metalowego, zawiera- jacefjo, okolo 63°/o zelaza. Utlenianie w konwer¬ torze prowadzi tylko do powstawania FeO, wskutek czego wedlug wynalazku bierze sie pod uwage ilosc tlenu potrzebna d* utlenienia 6,3 kg zelaza zawartego w gazach odlotowych na FeO.Obliczona jak wyzej ilosc tlenu, potrzebna do utlenienia skladników wsadu i ogólnie biorac C, Mn, Si, P i S az do ilosci zawartej lub pozadanej w gotowo wyswieconej stali, oraz powyzej usta¬ lonej ilosci tlenu, potrzebnej do utleniania ze¬ laza z pylu w gazach odlotowych, stanowi teo¬ retycznie potrzebne zapotrzebowanie tlenu.Rzeczywista ilo£c tlenu jest oznaczona jako zuzycie tlenu obejmujaca zatem tlen potrzebny do utleniania zelaza i stalych dodatków oraz do¬ mieszek surówki Na podstawie ilosci i skladu chemicznego swiezonych materialów, oraz za¬ wartosci tlenu w doprowadzonych gazach za¬ wierajacych Hen, latwo jest okreslic analitycznie potrzebna Mosc tlenu na tone wsadu metalowego.Pod nazwa gazy ze wzbogacona iloscia tlenu nalezy rozumiec takie gazy, które zawieraja po¬ wyzej 21^/o tlenu objetosciowo.W tym przypadku mozna postepowac w rózny sposób. Korzystnie jest najpierw doprowadzac tlen w jednostce czasu w ilosci wiekszej od ilosci teoretycznej potrzebnej do utlenienia wegla, a nastepnie w ilosci mniejszej od teortycznde po¬ trzebnej do utlenienia wegla. Mozna przy tym np. postepowac tak, ze od chwili osiagniecia naj- wiejkszej szybkosci Spalania ty4Cla lub tez bez¬ posrednio potem doprowadzanie tlenu na jedno¬ stke czasu nalezy utrzymywac mniejsze od ilosci teoretycznej potrzebnej w tym okresie do utle¬ nienia wegla. Mozna tu urzeczywistnic w ten sposób, ze w ciagu calego przebiegu procesu do¬ prowadza sie w jednostce czasu jednakowa ilosc tlenu obliczona tak, iz w okresie intensywnego spalania wegla doprowadza1 sie mniej tlenu w jednostce czasu, niz to jest potrzebne do spala¬ nia wegla z duza szybkoscia.Mozna jednak przebieg procesu przyspieszyc m wzgledów gospodarczych, jezeli z poczatku . wdmuchuje sie wieksza ilosc tlenu, uzyskujac przez to na powierzchni kapieli zelaznej, zawie¬ rajacej wegiel ograniczony osrodek reakcji o najwyzszej temperaturze i dopiero w okresie imtepsywnego spalania wegla doprowadzanie tlenu zmniejszyc tak, aby ilosc wdmuchiwanego tlenu w jednostce czasu pozostawala mniejsza, niz ilosc tlenu potrzebna do spajania wegla, na¬ stepujacego z duza szybkoscia vt wysokiej tem¬ peraturze.Sposób t£ki posiada te zalete, ze zuzycie tlenu przy niettrzedluzonym lub nawet skróconym czasie trwania procesu swiezenia stali zostaje zmniejszone. W tym przypadku mozna osiagnac oszczednosc na1 zuzyciu gazowego tlenu. Szcze¬ gólna zaleta wynalazku jest jednak to, ze odzy¬ skuje sie z powrotem zelazo FeO, zawartego w zuzlach, zmniejszajac tym samym straty wegla.Zmiane ilosci tlenu doprowadzanego w jed¬ nostce czasu mozna uzyskac przez zmiane ilosci tlenu wdmuchiwanego przez dysze podczas pro¬ cesu swiezenia. Mozna takze podczas swiezenia doprowadzac tlen kolejno przez dwie lub wiek¬ sza liczbe dysz o róznych przekrojach wylotu, np. rozmieszczonych szeregowo. Posiada to te zalete, ze potrzebny przekrój dy$z j€&t dopasowy¬ wany kazdorazowo do wymaganej ilosci tlenu, dzieki czemu liczfcaj ich moze byc jednakowa po¬ mimo gmiany ilosci wdmuchiwanego ttenU.Na poczatku wdmuchiwania tlenu ulega utle¬ nianiu oprócz skladników zelaza (manganu, — 2 —krzemu i fosforu) równiez zelazo i przez to zwieksza sie zawartosc zelaza w zuzlach. Wply¬ wal to niekorzystnie z jednej strony na szybkie tworzenie sie zuzli wskutek szybkiego rozpusz¬ czania dodanego wapna, z drugiej zas strony przyspiesza utienianie skladników zelaza. Przy zwiekszonym doprowadzaniu tlenu nastepuje w pierwszym okresie swiezenia szybki wzrost tem¬ peratury, wskutek czego spalanie wegla naste¬ puje w krótszym czasie i z wieksza szybkoscia.Okazalo sie, ze powstajaca w pierwszym okresie procesu zwiekszona zawartosc FeO w kapieli metalowej, wskutek duzej zawartosci FeO w zu¬ zlach nie wplywa niekorzystnie na jakosc goto¬ wej wyswiezonej stali, jezeli w okresie inten¬ sywnego spalania wegla wdmuchuje sie tylko tyle tlenu, aby potrzebny do szybkiego przebiegu spalania wegla dodatkowy tlen otrzymywany byl z wyzwolonego tlenu kapieli oraz z tlenu zawartego w zuzlach. Zawartosc tlenków zelaza w zuzlach i kapieli przez to zmniejsza sie.Stwierdzono, ze poczawszy od chwili osiagnie¬ cia temperatury 1450—1600° C, najkorzystniej zas okolo 1500° C korzystne jest ilosc wdmuchi¬ wanego tlenu utrzymywac nizsza, niz teoretycz¬ na ilosc tlenu potrzebna do utlenienia wegla lub nawet mniejsza. Uzyskuje sie korzystne wyniki, jezeli ilosc wdmuchiwanego tlenu w jednostce czasuy poczawszy od chwili zmniejszenia sie za¬ wartosci wegla w kapieli zelaznej do 75—25°/o, najkorzystniej do 50°/o pierwotnej zawartosci wegla, zmniejszy sie lub utrzymuje sie ja mniej¬ sza od teoretycznej ilosci tlenu potrzebnego do utlenienia wegla. Przy swiezeniu zwyklych ga¬ tunków surówM odpowiada to zawartosciom wegla 3,0—1,0%, najkorzystniej okolo 2%.Okazalo sie nastepnie, ze szczególnie korzyst¬ ne wyniki odnosnie jakosci stali otrzymuje sie wtedy, gdy w okresie intensywnego spalania wegla cisnienie powierzchniowe strumienia tle¬ nu na powierzchnie kapieli metalowej, jest utrzymywane w znany sposób mniejsze niz 0,75 kG/om2, najkorzystniej mniejszym niz 0,5 kG/cm2. Wskutek tego strumien tlenu nie prze¬ nika wcale lub przenika nie gleboko do kapieli i nie powoduje zadnego intensywnego mecha¬ nicznego wirowe&o mieszania kapieli z zuzlami.Dzieki temu przy zawartosci FeO w zuzlach z kapieli w celu spalania wegla, zawartosc tlenu w kapieli metalowej jest utrzymywana mozli¬ wie mniejsza od potrzebnej do utrzymywania stanu równowagi miedzy kapiela i zuzlami. Pro¬ ces mozna takze przeprowadzac w ten sposób, ze ilosc wdmuchiwanego tlenu najkorzystniej w polowie procesu, a co najmniej w czwartej jego czesci, nastawia sie tak, aby byla ona mniejsza1 od ilosci tlenu potrzebnej do spalenia wegla.Okazalo sie, ze jako wskaznik do okreslania chwili zmniejszania ilosci doprowadzanego tlenu moze stanowic to, iz po uplywie 8—16 minut swiezenia, najlepiej po uplywie 12 minut, ilosc tlenu zmniejsza sie ponizej teoretycznej ilosci tlenu w jednostce czasu potrzebnego do utlenie¬ nia wegla. Wedlug innej postaci wykonania1 spo¬ sobu mozna postepowac takze tak, iz podczas ostatnich 4—12 minut, najkorzystniej 6—8 minut procesu swiezenia ilosc tlenu rzeczywiscie do¬ prowadzonego do kapieli winna wynosic ponizej ilosci tlenu potrzebnego do utlenienia wegla w tym okresie procesu. Proces swiezenia mozna jednak przeprowadzac np. takze i w ten spo¬ sób, ze w okresie zmniejszenia doprowadzania tlenu, ilosc tlenu faktycznie doprowadzona do kapieli jest o 10—50%, najkorzystniej o 30% mniejsza od teoretycznej ilosci tlenu potrzebnego w tym okresie czasu do utlenienia wegla. W od¬ niesieniu do ilosci tlenu na tone wsadu metalo¬ wego, doprowadzanie tlenu w drugim okresie procesu moze byc utrzymywane ponizej 2,0 m8 0a, najkorzystniej ponizej 1,7 m8 O2 na tone 'wsa¬ du metalowego i na minute lub w jeszcze mniej¬ szej ilosci. Na koncu doprowadzania wsadu do konwertora, a mianowicie podczas najwyzej 10% ogólnego czasu doprowadzania wsadu ilosc wdmuchiwanego tlenu moze wynosic wiecej niz teoretyczna ilosc tlenu potrzebna do spalenia wegla. Moze to byc korzystne w celu zmniejsze¬ nia zawartosci wegla w kapieli metalowej do niewielkiej wartosci. Jezeli wytwarza sie stal o zawartosci wegla ponizej 0,10°/o, to moze byc rzecza korzystna w ostatnim okresie 10% czasu wdmuchiwania tlenu ilosc jego jeszcze raz zmniejszyc mniej niz o polowe.Poniewaz w okresie najsilniejszego spalania wegla na ilosc tlenu wdmuchiwanego w jednost¬ ce czasu wplywa sklad chemiczny swiezonej ka¬ pieli i stosunki temperatur, przeto pozadane stosunki mozna ustalic tak, aby dla okreslonego rodzaju swiezonej surówki i przy jednakowych warunkach swiezenia ilosc doprowadzanego tlenu w okresie najsilnieszego spalania wegla byla rózna dla kazdego rodzaju wytwarzanej stali, ogólne zuzycie tlenu dobiera sie stechio- metrycznie odpowiednio do rodzaju wsadu i skla¬ du ohemicznego wytwarzanej stali wedlug teo¬ retycznie obliczonej ilosci tlenu. Przy swiezeniu stald^ wymagajacymi zuzycia tlenu mniej niz 112°/o, najkorzystniej mniej niz 105% ilosci teo¬ retycznej stosuje sie warunki swiezenia podanewyzej. Wówczas jest rzecza obojetna, ze ilosc doprowadzanego tlenu w jednostce czasu jest w podanym zakresie nieco mniejsza, wplywa to jednak na pewne przedluzenie czasu swiezenia stali i na zmniejszenie zawartosci tlenu w stali.Jezeli zas w okresie najsilniejszego spalania we¬ gla wdmuchuje sie w podanym zakresie zuzycie tlenu nieco wieksza ilosc tlenu w jednostce cza¬ su, to uzyskuje sie nieco wieksza zawartosc tle¬ nu w stali.W celu latwiejszego zrozumienia reakcji za¬ chodzacych parzy sposobie wedlug wynalazku, przebieg procesu swiezenia przedstawiono na rysunku, na którym na1 linii odcietych ozna¬ czono Czas w minutach, a na linii rzednych — zuzycie czystego tlenu w kg/min. Krzywa A przedstawia ilosc tlenu wdmuchiwana na mi¬ nute w stosunku do calkowitej ilosci 30 tono¬ wego wsadu metalowego, a krzywa B wskazuje zapotrzebowanie tlenu w minucie dla spalania wegla, w okresie od ósmej do dziesiatej minuty czasu swiezenia. Mozna latwo stwierdzic, ze w okresie od dziesiatej do dwunastej minuty swiezenia doprowadzanie tlenu na minute jest mniejsze, niz zapotrzebowania tlenu na minute dla spalenia wegla; doprowadzanie tlenu zaraz po tym zmniejsza sie na tyle, iz pozostaje ono az do ostatnich 10% cziasu trwania swiezenia mniejszym od ilosci tlenu potrzebnego do spa¬ lenia* wegla. PL