Uprawniony z patentu: USS Engineers and Consultants, Inc., Pittsburgh (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób wytwarzania stali Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia stali o malej zawartosci fosforu i sredniej lub wysokiej zawartosci wegla, przez denne przedmu¬ chiwanie kapieli metalowej strumieniem gazu za¬ wierajacego tlen, doprowadzanego tak, aby utlenic 5 wegiel i inne zanieczyszczenia, nie powodujac jed¬ nak zmniejszenia zawartosci wegla w rafinowanej stali ponizej 0,2% w stosunku wagowym, przy czym doprowadzany gaz zawiera silnie rozdrob¬ nione czastki tlenkuwapniowego. 10 Znane sa procesy swiezenia stali polegajace na tym, ze przez plynna surówke w piecu z wykladzi¬ na zasadowa przedmuchuje sie powietrze dopro¬ wadzane przez dysze umieszczone pod powierzch¬ nia plynnej surówki. Znany jest równiez proces, 15 w którym doprowadzane powietrze zawiera roz¬ drobniony tlenek wapniowy, potrzebny w reak¬ cjach wypalania zanieczyszczen zawartych w su¬ rówce. W jednym z tych sposobów stosuje sie dysze umieszczone w trzonie pieca, podobnie jak w kon- 20 wertorze Bessemera, zas wedlug innego sposobu stosuje sie podobny uklad dysz umieszczony w scianie pieca. Znane sa równiez kombinacje obu tych rozwiazan.We wszystkich tych rozwiazaniach stosuje sie 25 uklad dysz chronionych. Dysze te sa przewaznie zbudowane w ten sposób, ze wewnetrzny przewód doprowadzajacy tlen jest otoczony przewodem o wiekszej srednicy, sluzacym do równoczesnego wprowadzania plynnego czynnika chlodzacego, któ- 30 2 ry oslania strumien tlenu. Jako czynnik chlodza¬ cy stosuje sie gaz ziemny, inne ciecze lub gazy za¬ wierajace weglowodory, a niekiedy gazy obojetne, takie jak argon, amoniak lub tlenek wegla. Czyn¬ nik ten dziala chlodzaco i zmniejsza szybkosc re¬ akcji pomiedzy stopionym metalem i tlenem w strefie sasiadujacej z dysza, zapobiegajac zbyt szybkiemu niszczeniu samej dyszy i sasiadujacej z nia wykladziny pieca.W dalszej czesci opisu pod okresleniem „dmuch denny" rozumie sie dmuch stosowany w piecach majacych co najmniej jeden uklad dysz umiesz¬ czony ponizej powierzchni kapieli metalowej.W piecach tych przewaznie wdmuchuje sie stru¬ mien tlenu zawierajacy sproszkowane wapno slu¬ zace do uplynniania utlenionych zanieczyszczen.W celu znacznego zmniejszenia zawartosci niepo¬ zadanych zanieczyszczen w kapieli, takich jak fos¬ for i siarka, zwykle, zwlaszcza w krajach europej¬ skich, stosuje sie ekstensywne przedmuchiwanie tlenem, co równoczesnie zmniejsza bardzo znacznie zawartosc wegla w stali, totez jezeli stal ma za¬ wierac wiecej niz okolo 0,2% wegla, wówczas ko¬ nieczne jest ponowne naweglanie rafinowanej sta¬ li. Proces ten jest oczywiscie bardzo niekorzystny, gdyz zuzywa sie duze ilosci tlenu do usuniecia wegla, który nastepnie wprowadza sie ponownie.Poza tym przedluza sie proces przedmuchiwania i zwieksza zuzycie dysz i wylozenia pieca. Ponow¬ ne naweglanie stali jest tez w pewnej mierze ry- 7911879118 zykowne, gdyz podczas dodawania wegla wytwa¬ rzaja sie duze ilosci gazu, które czesto powoduja gotowanie stali w kadzi odlewniczej.W zasadowym procesie wytapiania stali w czasie swiezenia problemy te rozwiazuje sie czesto sto¬ sujac metode zwana „chwytaniem wegla". Polega ona na tym, ze kapiel przedmuchuje sie tylko ta¬ ka iloscia tlenu, która wystarcza jedynie do uzys¬ kania zadanej zawartosci ostatecznej wegla, prze¬ waznie wyzszej niz 0,35%. W procesie swiezenia sposób ten przewaznie umozliwia skuteczne usu¬ wanie znacznych ilosci fosforu i siarki, prawdopo¬ dobnie dlatego, ze w tym procesie zanieczyszcze¬ nia sa usuwjme~*z górnych warstw kapieli szyb- cie^^^ w kapieli nie ma stanu rów- \ fioWaZi."Ten brak| równowagi zwlaszcza w okresie \ silnego utleniania Hvegla, sprawia, iz znaczne ilos- \ c^j^lftzft ulegaja Utlenianiu i przechodza do zuzla, .a ^Luza zaWariocc--tlenu zelaza w zuzlu zapobiega TKmTSwnemu przenikaniu fosforu z zuzla do ka¬ pieli. Dzieki temu mozna skutecznie usuwac fosfor bez koniecznosci równoczesnego prawie calkowite¬ go wypalania sie wegla.Z drugiej zas strony, w procesach z dmuchem dennym, na skutek intensywniejszego mieszania uzyskuje sie w kapieli stan bardziej zblizony do stanu równowagi i aczkolwiek jest to korzystne, gdyz ze wzgledu na mniejsza zawartosc tlenku ze¬ laza w zuzlu wydajnosc procesu jest wyzsza, to jednak zawartosc fosforu w kapieli po zakonczeniu dmuchu jest wieksza. W tym tez procesie fosfor moze byc usuniety prawie calkowicie, to jest co najmniej w 80%, jedynie wtedy, gdy równoczesnie zawartosc wegla zostaje obnizona bardzo znacznie.Z tych tez powodów, w procesach z dmuchem den¬ nym przewaznie nie mozna bylo stosowac wspom¬ nianego wyzej sposobu „chwytania wegla" i np. z surówki zawierajacej powyzej 0,14% wagowych fosforu nie mozna latwo ta metoda otrzymac stali zawierajacej mniej niz okolo 0,025°/o wagowych fosforu, podczas gdy czesto trzeba z surówki o po¬ czatkowej malej zawartosci fosforu, np. 0,04—0,06%, wytwarzac stal o zawartosci fosforu 0,005—0,01% w stosunku wagowym.. Wynalazek umozliwia unikniecie tej niedogod¬ nosci i pozwala na bardzo znaczne obnizenie za¬ wartosci fosforu w gotowej stali przy stosowaniu dmuchu dennego z zastosowaniem procesu „chwy¬ tania wegla".Ogólnie uwaza sie, ze zawartosc fosforu moze byc obnizona bardzo znacznie jezeli stosuje sie du¬ zy nadmiar wapna. Jednakze dodawanie duzego nadmiaru wapna, mianowicie wiecej niz 3,2 kg na 1 m* tlenu, nie jest wskazane. Oczywiscie, stoso¬ wanie nadmiaru wapna zwieksza koszt surowców, a przede wszystkim zwieksza ilosc zuzla i tym sa¬ mym zmniejsza wydajnosc procesu, a przy tym zu¬ zel o duzej zawartosci tlenku zelaza jest kruchy, co równiez jest niekorzystne dla procesu.Stwierdzono, ze przy dmuchu dennym mozna zmniejszac zawartosc fosforu w stali o wiecej niz 80%, a równoczesnie stosowac zabieg wspomnia¬ nego wyzej „chwytania wegla", jezeli na 1 m* tle- B nu stosuje sie mniej niz 2,56 kg tlenku wapnia.Wapno nalezy dodawac w ten sposób, ze w pierw¬ szej polowie okresu przedmuchiwania dodaje sie przecietnie na jednostke czasu znacznie mniej wapna niz w drugiej polowie. Mianowicie, jezeli io srednia zawartosc tlenku wapnia w dmuchu w cza¬ sie calego okresu przedmuchiwania (L0) wynosi 1,45—2,56 kg/m* tlenu, a korzystnie 1,75—2,25 kg/ /m8, wówczas istotne zmniejszenie zawartosci fos¬ foru (i siarki) uzyskuje sie wtedy, gdy srednia za- 15 wartosc tlenku wapnia w dmuchu w pierwszej po¬ lowie okresu przedmuchiwania (Lt) jest o co naj¬ mniej 10% mniejsza, a w drugiej polowie okresu przedmuchiwania (L2) o co najmniej 10% wieksza od podanej wyzej wartosci dla calego okresu (L0). 20 Dalsze zwiekszenie wydajnosci procesu usuwania fosforu osiaga sie, jezeli Lx jest co najmniej 20% mniejsze niz L^,, a L2 jest co najmniej 20% wiek¬ sze niz Lq a predkosc wdmuchiwania tlenu jest tak duza, ze zadana zawartosc ostateczna wegla w stali 25 uzyskuje sie w okresie krótszym niz okolo 10 mi¬ nut, a korzystnie krótszym niz 8 minut.Proces wedlug wynalazku przebiega korzystnie, gdy koncowa temperature kapieli utrzymuje sie w okreslonych granicach, przy czym korzystna tempe¬ ratura koncowa kapieli zalezy przede wszystkim od zadanej zawartosci wegla w stali. Sposoby re¬ gulowania koncowej temperatury kapieli sa zna¬ ne, np. dodawanie zlomu w odpowiednim stosunku do ilosci plynnego metalu. Korzystne wyniki uzys¬ kuje sie, jezeli koncowa temperatura kapieli nie jest wyzsza od obliczonej z równania: 80 85 Tmax = 1666 — 56 X C, w którym C oznacza za¬ dana zawartosc wegla w procentach. Jeszcze dalej 40 posuniete zmniejszenie zawartosci fosforu uzysku¬ je sie, gdy temperatura koncowa jest nizsza od obliczonej z wzoru Tmax = 1616 — 56 X C, w którym C ma wyzej podane znaczenie. Jezeli np. zadana zawartosc wegla jest 0,5%, wówczas naj- 45 korzystniej jest stosowac koncowa temperature niz¬ sza: Tmax = 1616 - 56 X C = 1588°C.Przedmiot wynalazku jest zilustrowany w posta¬ ci wykresów na rysunkach, na których fig. 1—4 50 przedstawiaja wykres sredniej zawartosci tlenku wapnia w dmuchu, w poszczególnych etapach pro¬ cesu przedmuchiwania w porównaniu ze srednia zawartoscia tlenku wapnia w dmuchu w ciagu ca¬ lego okresu przedmuchiwania L0 w procesie pro- 55 wadzonym sposobem znanym, opisanym w przy¬ kladach I—IV, zas na fig. 5—9 podano analogiczny wykres dla procesu prowadzonego sposobem wed¬ lug wynalazku, jak to opisano w przykladach V— IX. Dane te zestawiono w tablicy 1.79 118 Tablica 1 Nr przy¬ kladu i I II III IV 1 V VI VII VIII IX Wsad ilosc w kg i rodzaj 2 26460 — plynna surówka 2087 —zlom stalowy 454 — gaski surówki 26280 — plynna surówka 908 — zlom stalowy 545 — gaski surówki 22200 — plynna surówka 4540 —zlom stalowy 545 — gaski surówki 24140 — plynna surówka 3582 —zlom stalowy 5445 —gaski surówki 19330 — plynna surówka 3226 —zlom stalowy 545 — gaski surówki 13740 —plynna surówka 3770 —zlom stalowy 545 —gaski surówki 17300 —plynna surówka 5220 —zlom stalowy 545 —gaski surówki 17300 — plynna surówka 4990 —zlom stalowy 545 —gaski surówki 14880 —plynna surówka 4990 —zlom stalowy 545 —gaski surówki Procentowa zawartosc w plyn¬ nej surówce P ¦ 3 0,234 0,065 0,070 0,070 % 0,141 0,176 0,180 0,180 0,180 S * 0,048 0,03} 0,031 0,032 0,014 0,012 0,014 0,013 0,028 Si 5 0,79 0,93 1,12 1,10 1,11 1,42 1,20 1,20 1,34 Proces przedmuchiwania Czas mi¬ nu¬ ty 6 8 3,7 1,5 5,8 5,4 3,2 5,0 6,2 1,8 6,8 3,3 2,1 1,4 7,5 4,5 1,6 4,2 5,2 3,1 4,9 3,4 2 5 1. . % 7 60 29 11 39 37 / 24 38 47 15 50 24 15 11 63 37 28 72 63 37 59 41 25 63 12 Ilosc tlenu wNm3 na mi¬ nute ~~8 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 84,9 119 119 99 99 99 99 1 99 99 99 Ilosc CaO kg/ /Nm* tlenu 9 1,76 0,64 0,0 2,72 1,28 2,72 0,0 2,72 0,0 0,64 3,36 0,96 0,0 1,28 3,24 0,96 2,08 1,20 2,88 1,12 3,37 0,64 2,56 4,64* Otrzymana stal Zawartosc procentowa i ~^y c 10 0,85 0,53 — —, 0,69 — 0,50 — — 1,06 0,57 0,35 0,52 — 0,54 0,88 — — 0,39 P 11 0,138 0,063 — — 0,045 — 0,024 — — 0,031 0,027 0,010 0,014 — s 12 0,016 0,019 —.= —' 0,016 —, 0,024 —, — 0,021 0,023 0,011 0,016 — 0,013 ' 0,013 0,010 " — 0,010 0,018 — — 0,017 Si 13 0,016 0,008 —! — 0,003 —. 0,003 — —«¦ 0,005 0,003 0,004 0,003 — 0,003 0,008 —, —" 0,003 Tem¬ pera¬ tura °c 14 1555 1540 — — 1570 . —. " 1580 —. | — 1595 1575 1560 1575 — 1570 1570 "^ — | 1555 ' * Mieszanina 50V# wagowych silnie rozdrobnionego tlenku zelazowego i 50*/t wagowych wapna.7411& 8 W tablicy 2 podano poczatkowe i koncowe za¬ wartosci fosforu i calkowity czas trwania procesu przedmuchiwania oraz stopien zmniejszenia zawar¬ tosci fosforu.Tablica 2 Nr przy¬ kladu I II III IV V VT VII VIII IX Zawartosc fosforu poczat¬ kowa •/• 0,234 0,065 a070 0,070 0,141 0,176 0,180 0,180 0,180 koncowa •/• 0,063 0,045 0,024r 0,027 0,010 0,014 0,013 0,010 0,010 Calkowity czas prze¬ dmuchiwa¬ nia minuty 13,2 14,4 13,0 13,6 12,0 5,8 8,3 8,3 8,3 % zmniej¬ szenia za¬ wartosci fosforu 73 31 66 61 93 92 93 94 94 Z powyzszych danych wynika, ze przy najdluz¬ szym okresie czasu wprowadzania tlenku wapnia w przykladzie II (patrz fig. 2), zmniejszenie zawartosci fosforu jest wyraznie mniejsze niz w innych przy¬ kladach, a zwlaszcza przykladach V—IX, prowa¬ dzonych sposobem wedlug wynalazku. Szczególnie niekorzystny wynik osiagniety w przykladzie II jest spowodowany zarówno nieodpowiednim rozlozeniem w czasie procesu wprowadzania tlenku wapnia, jak i zbyt dlugim okresem przedmuchiwania. Przyklad ten mozna porównac z przykladem VI, który acz¬ kolwiek prowadzony sposobem wedlug wynalazku, to jednak niezgodnie z zasada, w mysl której naj¬ korzystniej jest w pierwszej polowie okresu prze¬ dmuchiwania stosowac srednia zawartosc CaO w dmuchu mniejsza o 20°/o, a w drugiej polowie wieksza o 20% od sredniej zawartosci CaO w dmu¬ chu w ciagu calego okresu przedmuchiwania (L0).Niemniej jednak w przykladzie VI zawartosc fos¬ foru zostala zmniejszona o wiecej niz 90°/o dzieki zwiekszonej predkosci wprowadzania tlenu, przy okresie przedmuchiwania trwajacym tylko 5,8 mi¬ nuty. Zgodnie z przykladem IX, w koncowej fazie okresu przedmuchiwania, korzystnie w ostatniej je¬ go czwartej czesci, równoczesnie z tlenkiem wapnia wprowadza sie rozdrobniony tlenek zelazowy. Pa¬ rametry procesu podane w przykladach V, VII i VIII sa szczególnie korzystne, mianowicie pred¬ kosc doprowadzania tlenku wapnia w ciagu ostat¬ nich 40°/o czasu trwania procesu przedmuchiwania wynosi co najmniej 1,5 sredniej predkosci w ciagu calego okresu przedmuchiwania.W procesie prowadzonym sposobem wedlug wy¬ nalazku mozna stosowac szereg modyfikacji. Na przyklad, gdy zawartosc siarki w surówce jest wysoka, zwlaszcza wieksza niz 0,05% moze byc rzecza korzystna w ciagu pierwszych 25% czasu trwania okresu przedmuchiwania stosowac srednia zawartosc tlenku wapnia w dmuchu wieksza od sredniej zawartosci dla calego okresu, to jest L0.Odsiarczanie przebiega korzystnie w srodowisku 10 15 20 25 80 85 40 45 50 55 60 65 redukcyjnym, a takie istnieje wtedy, gdy zawar¬ tosc krzemu w kapieli jest wysoka, to jest w przy¬ blizeniu w ciagu pierwszych 25°/o czasu trwania okresu przedmuchiwania. Jezeli w tym pierwszym okresie wprowadza sie duza ilosc tlenku wapnia, np. 2,3 kg na 1 m8 tlenu, to jednak i wówczas w ciagu pierwszej polowy okresu przedmuchiwania trzeba utrzymac srednia zawartosc CaO w dmuchu w podanych wyzej granicach, a wiec np. w ciagu drugich 25% okresu trzeba stosowac wprowadzanie wapna w ilosci 0,64 kg na 1 m8 tlenku.W podanych wyzej przykladach srednia zawar¬ tosc tlenku wapnia w dmuchu w poszczególnych etapach procesu przedmuchiwania byla stala, to znaczy krzywe na wykresach nie sa nachylone, ale oczywiscie zawartosci te moga byc w poszczegól¬ nych okresach rosnace lub malejace. Dla sposobu wedlug wynalazku istotne jest bowiem tylko to, aby w ciagu calego okresu przedmuchiwania sred¬ nia zawartosc tlenku wapnia w dmuchu wynosila 1,45—2,56 kg/m8 tlenu i aby w pierwszej polowie okresu dmuchania srednia zawartosc tlenku wapnia w dmuchu byla mniejsza co najmniej o 10%, a w drugiej polowie okresu wieksza o co najmniej 10% od przecietnej zawartosci sredniej dla calego okresu. PL PL