PL99228B1 - Sposob doprowadzania tlenu do roztopionego metalu i lanca zanurzeniowa doprowadzajaca tlen do roztopionego metalu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób doprowadzania tlenu do roztopionego metalu w piecach metalurgicznych i lanca zanurzeniowa doprowadzajaca tlen do roztopionego metalu.Znane jest stosowanie lanc tlenowych do swiezenia kapieli, które skladaja sie z ruiy stalowej powleczonej cienka powloka ceramiczna, przeciwdzialajaca tworzeniu sie zgorzeliny. Grubosc powloki ceramicznej wynosi najwyzej 1 mm. Lance tego rodzaju po zanurzeniu ich w roztopionym metalu wypalaja sie bardzo szybko. W celu unikniecia tej niedogodnosci doprowadza sie tlen do zuzla albo do strefy miedzyfazowej, pomiedzy zuzel i roztopiony metal. Doprowadzenie tlenu do powierzchni miedzyfazowej powoduje, podobnie jak w górnym dmuchu tlenu powazne utlenianie zuzla. W ten sposób tlen zostaje doprowadzony do roztopionego metalu, przynajmniej w powaznej czesci poprzez zuzel, przy czym wystepuje wtedy niekorzystnie wysoka zawartosc tlenków zelaza w zuzlu. Mozna równiez zauwazyc niedostateczne wyrównanie zawartosci tlenu pomiedzy roztopionym metalem i zuzlem.Obok lanc z rur stalowych znane sa równiez kosztowne konstrukcje lanc z chlodzeniem dla doprowadzenia tlenu na przyklad do pieca martenowskiego. W opisie patentowym USA nr 3115405 opisany jest sposób, w którym tlen doprowadza sie przez chlodzona lance. Dla chlodzenia proponuje sie w tym rozwiazaniu gaz ziemny, przy czym stosunek ilosci tlenu do ilosci gazu ziemnego powinien byc zawarty w granicach od 3 :1 do 8:1. Wedlug tego sposobu tlen zostaje wlasciwie doprowadzony równiez na powierzchnie miedzyfazowa pomiedzy metal i zuzel. Wynika to z malej glebokosci zanurzenia lancy.Obok tych sposobów przewidujacych zastosowanie lanc, które pozwalaja na doprowadzenie tlenu na powierzchnie miedzyfazowa zuzel/metal, w ostatnich czasach stosuje sie sposób, wedlug którego tlen zostaje doprowadzony do roztopionego metalu przez dysze, które sa zamontowane w ogniotrwalej wykladzinie pieca.Dysze te skladaja sie ze wspólsrodkowych przewodów. Przez wewnetrzny przewód jest doprowadzany tlen, a przez otaczajaca szczeline pierscieniowa doprowadzane sa weglowodory. Stosunek ilosci weglowodorów do ilosci tlenu wynosi od 1 do 5%. Zaleta tego sposobu, w porównaniu z uprzednio opisanymi, jest znaczne2 99 228 skrócenie czasu swiezenia, na przyklad w piecu martenowskim, a ponadto zmniejszenie zawartosci tlenków zelaza w zuzlu i ujednorodnienie skladu kapieli, spowodowane silnym gotowaniem roztopionego metalu przy wprowadzaniu tlenu. Jednak zamontowanie nieruchomych dysz ponizej zwierciadla roztropionego metalu w piecu metalurgicznym ma równiez wady. Na przyklad przy uszkodzeniu i wypalaniu sie dyszy roztopiony metal moze wyplynac na zewnatrz i spowodowac wskutek tego powazne szkody. Wprawdzie taki wypadek zdarza sie bardzo rzadko, jednak nalezy liczyc sie ze znacznie wiekszymi szkodami w przypadku stosowania dennych dysz w piecach trzonowych niz w przypadku konwertorów, poniewaz nie mozna pieca obrócic tak szybko jak konwertora, co jest potrzebne dla przesuniecia dysz poza zasieg roztropionego metalu. Inna wada dysz zabudowanych na stale ponizej zwierciadla roztopionego metalu, na przyklad w piecach martenowskich, jest to, ze dysze nie sa wykorzystywane dla doprowadzenia tlenu w czasie calego procesu swiezenia. W praktyce doprowadza sie tlen przez polowe lub jedna trzecia czesc czasu trwania wytopu. Przez pozostaly okres czasu dysze musza byc chlodzone i utrzymywana ich droznosc dla zapewnienie przydatnosci do pracy, za pomoca jakiegos obojetnego gazu. Czesto nie mozna zastosowac do chlodzenia taniego azotu, lecz trzeba uzyc innego gazu obojetnego na przyklad argonu, dla unikniecia zbytniego nasycenia roztropionego metalu azotem.Szczególnie przy wytopach o wyzszej zawartosci wegla zachodzi duze niebezpieczenstwo wchloniecia azotu przez roztopiony metal i wtedy stosuje sie dla chlodzenia dysz wylacznie argon co jest nieekonomiczne.Celem wynalazku jest doprowadzenie tlenu ponizej zwierciadla roztopionego metalu z uniknieciem wad wynikajacych z nieruchomej zabudowy dysz ponizej zwierciadla roztopionego metalu, a zwlaszcza wysokiej zawartosci tlenków zelaza w zuzlu i zwiazanego z tym przyspieszonego zuzycia materialów ogniotrwalych, jak równiez znacznych róznic zawartosci tlenu pomiedzy zuzlem i kapiela. Cel ten osiagnieto w ten sposób, ze tlen i weglowodór w ilosci wagowo mniej niz 10% lub inny srodek ochronny, wdmuchuje sie do kapieli równolegle do jej powierzchni. Jako srodek ochronny stosuje sie plynne i/lub gazowe weglowodory, gazy obojetne albo COa.Jako weglowodory gazowe stosuje sie gaz ziemny, gaz z pieców koksowniczych, metan, etan, propan, butan albo mieszaniny tych gazów. Jako weglowodory plynne stosuje sie lekki olej opalowy, ciezki olej opalowy, nafte, heksan, pentan, heptan, oktan, albo pochodne, niezmieszczane albo zmieszane i/albo rozproszone w innych substancjach. Lance wprowadza sie do kapieli w kilku etapach prowadzenia wytopu. Do pieca wprowadza sie tlen za pomoca kilku lanc równoczesnie.Przewód doprowadzajacy srodek ochronny jest na dlugosci lancy usytuowany wewnatrz przewodu doprowadzajacego tlen, a w dyszy stanowiacej zakonczenie lancy przewód doprowadzajacy tlen otoczony jest szczelina pierscieniowa doprowadzajaca srodek ochronny, korzystnie podzielona na kanaly z tym, ze calosc powierzchni zewnetrznej lancy i dyszy pokryte jest oslona ognioodporna. Przewód doprowadzajacy tlen jest wyposazony w zebra chlodzace. Dysza ma kilka, korzystnie 2 do 5 przewodów tlenowych z szczelina pierscieniowa, zasilanym wspólnie z przewodówlancy. s Lanca wedlug wynalazku ma element z porowatego materialu, na przyklad z metalu spiekanego znajdujacy sie przed wylotem ze szczeliny pierscieniowej dla srodka ochronnego. Ognioodporna oslona jest zlozona z cienkowej warstwy izolacyjnej i z warstwy zuzywalnej. Lanca ma pierscienie zbrojeniowe oslony ognioodpornej wykonane ze spieków ceramicznych albo ogniotrwalych materialów stapianych i jest wyposazona w przesuwne zamocowanie, na przyklad w postaci dzwigni i kól zebatych. Przesuwne zamocowanie jest tak wykonane, ze nie jest narazone na zadne obciazenia termiczne, wzglednie jest odpowiednio chlodzone albo w inny sposób zabezpieczone przed wysokimi temperaturami.Wiadomo z doswiadczenia, ze przy zastosowaniu lanc zanurzeniowych tworza sie na wierzcholkach dysz, to znaczy przy otworach wylotowych tlenu i weglowodorów, nasadki ze skrzepnietej stali. Te nasadki rozszerzaja sie w postaci grzyba dookola wylotów dysz i moga osiagnac szerokosc kilku centymetrów. Podczas gdy otwór dla wylotu tlenu pozostaje wolny, srodek ocheonny przeplywa najczesciej wieloma kanalami przez te nasadki.Wedlug wynakazku mozna wykorzystac to najczesciej nieregularne tworzenie sie nasadki przez zwiekszenie jej trwalosci, jezeli zadba sie o to, aby tworzenie nasadki wystepowalo na duzej powierzchni. Uzyskuje to sie przez zasloniecie szczeliny wylotowej srodka ochronnego porowatym materialem,.na przyklad tarcza ze spieku metalowego. Okazalo sie, ze po zanurzeniu tak przygotowanej lancy w ciagu kilku minut powstawala nasadka o srednicy 15 cm, która w duzej mierze chronila lezaca za nia szczeline pierscieniowa. Trwalosc wylotu dyszy mozna bylo tym sposobem powaznie zwiekszyc. Ponadto takie rozwiazanie daje prosta mozliwosc naprawiania wylotu lancy, przy czym wymienia sie na przyklad tarcze ze spieku.W pierwszym przypadku, gdy tylko to jest mozliwe, przewód doprowadzajacy weglowodory jest ulozony w przewodzie tlenowym. Dopiero w poblizu otworu wylotowego przewód doprowadzajacy przechodzi w dysze wprowdzajace, przy których weglowodory otaczaja tlen.W drugim przypadku na przewodzie doprowadzajacym tlen sa umieszczone zebra chlodzace, które moga miec rózne ksztalty. Korzystne jest, jezeli weglowodory przeplywaja pomiedzy tymi zebrami, przy czym99 228 3 szczelina pierscieniowa otaczajaca srodkowa rure doprowadzajaca tlen moze byc podzielona zebrami chlodzacymi na kilka kanalów.Wedlug wynalazku mozna równiez przeciwdzialac nagrzaniu weglowodorów przez zastosowanie odpowiedniej konstrukcji ogniotrwalej oslony lancy zanurzeniowej. Okazalo sie celowe nalozenie na przewody doprowadzajace i na dysze wprowadzajace, wysokowartosciowej warstwy izolacyjnej o grubosci od 1 do 2 cm i zamontowanie dokola tej izolacji zuzywalnej warstwy oslony lancy. Jako material izolacyjny mozna zastosowac maty, luzny material, prefabrykowane lupiny albo materialy z wlókna ogniotrwalego. Jako ogniotrwale materialy zuzywalne stosuje sie przede wszystkim wysokowartosciowe masy, zwlaszcza zawierajaca znane chemiczne spoiwa. Sa to materialy na bazie korundu, magnezytu, tlenku cyrkonowego i ich kombinacji, jak i innych w podobnym stopniu ogniotrwalych tworzyw, które moga byc z powodzeniem zastosowane* Okazalo sie, ze w normalnych przypadkach wystarczaja oslony o grubosci scianki od 2 do 10 cm. Oslony sa w wiekszosci przypadków odlewane w odpowiednich formach i zageszczane przez potrzasanie. Poniewaz ulegajaca zuzyciu oslone trzeba odpowiednio dostosowac do warunków pracy, nie mozna podac zadnych ogólnych rozwiazan konstrukcyjnych. Zwraca sie tylko uwage na potrzebe zastosowania oslony bardzo odpornej na zuzycie przy niezwykle duzych obciazeniach. Oslona lancy zanurzeniowej powinna odpowiadac wymaganiom wytrzymalosci mechanicznej i chemicznej oraz powinna byc bardzo odporna na zmiany temperatury.W praktyce okazalo sie celowe wymieszanie tlenu z drobnoziarnistymi czasteczkami materialów zuzlotwórczyclu Mozna na przyklad w ten prosty sposób wprowadzic wapno. Nalezy w takich przypadkach oslonic wewnetrzna powierzchnie przewodu doprowadzajacego tlen powloka odporna na zuzycie, aby zabezpieczyc sie przeciw erozji przez drobnoziarniste ciala stale. Okazalo sie, ze lepsze sa cienkie powloki emalii od grubych warstw powlok ceramicznych, poniewaz powloki z emalii maja wieksza zdolnosc przewodzenia ciepla.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sposób wprowadzenia lancy zanurzeniowej do pieca metalurgicznego, fig. 2 — lance zanurzeniowa z dwoma koncówkami wylotu dysz, fig. 3 - przyklad zastosowania zeber chlodzacych na przewodzie tlenowym lancy, fig. 4 — dolna czesc lancy zanurzeniowej, w której przewód ze srodkiem ochronnym dochodzi w przewodzie tlenowym az do konca dyszy i w której tarcza z metalu spiekanego jest zamontowana przed szczelina pierscieniowa wylotu srodka ochronnego, fig. 5 - przyklad wykonania oslony ogniotrwalej lancy zanurzeniowej z tarczami zbrojeniowymi wykonanymi ze specjalnie zwartego materialu ogniotrwalego, na przyklad stopionego korundu.Do pieca, w tym przykladzie pieca martenowskiego (fig. 1), lanca zanuerzeniowa jest wprowadzona przez tylna sciane. Piec 1 martenowski pokazany jest w przekroju. Naprzeciw okna wsadowego 2 z zaslona 3 jest umieszczony w tylnej scianie otwór 4, który po wyjeciu lancy zanurzeniowej 5 moze byc zamkniety zaslona 6.Lance wprowadza sie do pieca, wzglednie wysuwa z niego za pomoca zebatki 7 i napedu 8. Przy czym dysza 9 stanowiaca zakonczenie lancy zanurzeniowej 5 ma takie nachylenie, które daje wyplyw tlenu równolegly do zwierciadla roztopionego metalu. Tlen i srodek ochronny doprowadza sie do lancy zanurzeniowej 5 poprzez przewody 11, które odwijaja sie z bebna 12.Na rysunku (fig. 2) przedstawiona jest dysza z dwoma otworami wylotowymi. Do roztopionego metalu wprowadza sie tlen przez oba otwory wylotowe tlenowe 14 otoczony srodkiem ochronnym, który doprowadzony jest szczelina pierscieniowa 15. Przewód 16 doprowadzajacy tlen, w którym jest umieszczony przewód 17 doprowadzajacy srodek ochronny, poprzez polaczenie srubowe 18 dyszy doprowadzony jest do szczeliny pierscieniowej 15. Caly zespól jest otoczony ogniotrwalym materialem 20. Konstrukcja lancy zanurzeniowej umozliwia latwa wymiane przewodów wylotowych 19, przy czym usuwa sie material ogniotrwaly az do polaczenia srubowego, przytwierdza sie nowa koncówke dyszowa do polaczenia srubowego 18 i obklada sie dysze ponownie materialem ogniotrwalym.Przekrój przez przewody dyszowe (fig. 3) pokazuje przyklad wykonania zeber chlodzacych, które moga byc umieszczone na przewodzie doprowadzajacym tlen. Przewód doprowadzajacy tlen 22 ma na calym swoim obwodzie zebra chlodzace 23, które dzialaja równoczesnie jako rozporki utrzymujace polozenie przewodu 24 doprowadzajacego srodek ochronny. Szczelina pierscieniowa znajdujaca sie miedzy przewodem 22 doprowadzajacym tlen i przewodem 24 doprowadzajacym srodek ochronny jest w ten sposób podzielona na poszczególne kanaly 25.Na rysunku (fig. 4) jest przedstawiony dolny koniec lancy zanurzeniowej z dysza wylotowa i z umieszczonym od przodu elementem z metalu spiekanego, srodek ochronny zostaje doprowadzony do szczeliny pierscieniowej 29, przewodem doprowadzajacym 27, umieszczonym wewnatrz przewodu 28, doprowadzajacego tlen. W ten sposób rozdziela sie srodek ochronny na cienkie kanaly i przez to zostaje przyspieszone zamierzone utworzenie nasadki ze skrzepnietego metalu 31. Równoczesnie element z metalu4 99 228 spiekanego 30 przytrzymuje ceramiczna ksztaltke dyszowa 32, która mozna w prosty sposób wymienic na nowa przy wymianie calej dyszy wylotowej 33 z elementem z metalu spiekanego 30.Szczególny ksztalt wykonania ogniotrwalej oslony dyszy pokazany na rysunku (fig. 5) odznacza sie niezwykle duza odpornoscia na zuzycie. Na przewodzie 35 doprowadzajacym srodek ochrony i opierajacym sie na zebrach przewodu 36 wprowadzajacego tlen jest umieszczona warstwa izolacyjna 37 wykonana z ogniotrwalego tworzywa. Na te warstwe izolacyjna 37 sa nasadzone nieregularne niezwykle zwarte tarcze ceramiczne 38 wykonane na przyklad ze stopionego korundu lub ze spiekanego tlenku cyrkonu. Tetarcze sluza przede wszystkim jako zbrojenie dla otuliny 39 a ponadto podwyzszaja odpornosc na zuzycie calej ogniotrwalej oslony.Sposób wedlug wynalazku ilustruje ponizej opisany przebieg wytopu stali. Do 200 tonowego pieca martenowskiego zaladowano najpierw 7 ton wapna palonego, a nastepnie wciagu godziny 75 ton zlomu stalowego. W tym czasie palniki glowicowe pieca byly czynne z natezeniem przeplywu oleju okolo 5000 kg/h.Natezenie przeplywu goracego powietrza wynosilo odpowiednio okolo 6000Nm3/h. Obie lance tlenowe byly w tym czasie wysuniete z pieca i nie pracowaly.Jako uzupelnienie wsadu zlomu dodano 150 ton plynnej surówki z dwóch kadzi Surówka miala nastepujacy sklad chemiczny w procentach wagowych: C =4,3% Mn =0,8% Si =0,7% P =0,08% S =0,05% Po zalaniu surówki wsunieto do pieca lance tlenowe. W czasie fazy zanurzenia przeplywalo przez kazda z dwóch lanc po okolo 500 Nm3 02 i okolo 60 Nm3 propanu jako srodka ochronnego. Gdy lance zanurzeniowe byly w polozeniu swiezenia, a wiec ponizej zwierciadla roztopionego metalu, podwyzszono ilosc tlenu przeplywajacego przez kazda lance do 2000 Nm3. Równoczesnie zmniejszono natezenie przeplywu oleju przez palniki glowicowe do 3000 kg/h. W krótkim czasie po dodaniu surówki zlom byl roztopiony i utworzyl sie plynny zuzel. Pobrana w tym czasie próbka wykazywala nastepujacy sklad kapieli: C = 2,8% wagowo P =0,03% wagowo S = 0,04% wagowo Temperatura wynosila okolo 1300°C. Przeprowadzony nastepnie proces swiezenia trwal 70 minut. W tym czasie zawartosc C zmniejszyla sie w kapieli do 0,03%. Stale kontrolowano temperature kapieli która w tym czasie podniosla sie do 1600°C. Podwyzszanie sie temperatury regulowano zmiana natezenia przeplywu oleju przez palniki glowicowe w zakresie od 0 do 3000 kg/h. Po uzyskaniu koncowej analizy wysunieto z pieca lance zanurzeniowe. Spuszczona stal miala nastepujacy sklad chemiczny: C = 0,3% wagowo Mn = 0,2% wagowo P =0,01% wagowo S = 0,02% wagowo W czasie pracy lanc zanurzeniowych wprowadzono jako srodki ochronne weglowodory w ilosci ponizej % w stosunku wagowym do ilosci tlenu, przewaznie pomiedzy 2 i 5% w stosunku wagowym. Ilosci doprowadzanego srodka ochronnego kontrolowano za pomoca odpowiednich urzadzen pomiarowych i regulowano indywidualnie dla kazdej lancy zanurzeniowej. Stpien wypalenia sie dyszy sluzyl jako wielkosc pomiarowa. Zuzycie dyszy wynosilo ponizej 5 mm na jeden wytop, przy czym nalezy przyjac srednio czas swiezenia tlenem 1 godzina.W przypadkach, w których mozna dopuscic do wiekszego spalania sie dyszy, mozna stosowac jako srodki ochronne takie gazy, które nie reaguja z kapiela metalowa, na przyklad okazalo sie korzystne zastosowanie dwutlenku wegla. Przez znaczne podwyzszenie ilosci srodka ochronnego odpadaja wszystkie zabiegi zwiazane z chlodzeniem srodka ochronnego. Okazalo sie, ze wystarcza 30% COa w stosunku do ilosci tlenu. Oczywiscie zwiekszylo sie przy tym okolo 10-cio krotnie zuzycie dyszy i wynosilo ono okolo 50 mm (wytop) przy zalozeniu swiezenia przez 1 godzine).99 228 5 PL

Claims (13)

1. Zastrzezenia patentowe ,? '. 1. Sposób swiezenia kapieli metalowej, zwlaszcza plynnej surówki w piecu trzonowym za pomoca lancy, przez która podawany jest ped powierzclinia kapieli tlen w otoczce plynnego lub gazowego srodka ochronnego, znamienny tym, &'tlen i weglowodór w ilosci wagowo mniej niz 10%, lub inny srodek ochronny, wdmuchuje sie do kapieli równolegle do jej powierzchni.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako srodek ochronny stosuje sie plynne i/lub gazowe weglowodory, gazy obojetne albo C02.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze jako weglowodoiy gazowe stosuje sie gaz ziemny, gaz z pieców koksowniczych, metan ,etan, propan, butan albo mieszaniny tych gazów.
4. 4. * Sposób wedlug zastrz, 1 albo 2, znamienny tym, ze jako plynne weglowodory stosuje sie lekki olej opalowy, ciezki olej opalowy, nafte, heksan, pentan, heptan, oktan albo pochodne, niezmieszane albo zmieszane i/albo rozproszone w innych substancjach.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienay tym, ze lance wprowadza sie do kapieli w kilku etapach prowadzenia wytopu.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do pieca wprowadza sie tlen za pomoca kilku lanc równoczesnie.
7. 7. Lanca zanurzeniowa do doprowadzania tlenu do roztropionego metalu, która sklada sie z przewodu doprowadzajacego tlen i przewodu doprowadzajacego srodek ochronny, zakonczona dysza wylotowa, znamienna tym, ze przewód (17) doprowadzajacy srodek ochronny jest na dlugosci lancy (5) usytuowany wewnatrz przewodu (16) doprowadzajacego tlen, a w dyszy stanowiacej zakonczenie lancy, przewód wylotowy tlenu (14) otoczony jest szczelina pierscieniowa (15) doprowdzajaca srodek ochronny, korzystnie podzielona na kanaly, przy czym calosc powierzchni zewnetrznej lancy iydyszy pokryta jest oslona ognioodporna (20).
8. 8. Lanca zanurzeniowa wedlug zastrz. 7, znamienna tym, ze przewód wylotowy (14) jest wyposazony wzebra chlodzace (23).
9. 9. Lanca zanurzeniowa wedlug zastrz. 7, znamienna tym, ze dysza (9) ma kilka korzystnie 2 do 5 przewodów wylotowych tlenu (14) z szczelina pierscieniowa (15), zasilanych wspólnie z przewodów (16) i (17) lancy (5).
10. 10. Lanca zanurzeniowa wedlug zastrz. 7, znamienna tym, ze ma element (30) z porowatego materialu, korzystanie z metalu spiekanego, znajdujacy sie przed wylotem ze szczeliny pierscieniowej (15) dla srodka ochronnego.
11. 11. Lanca zanurzeniowa wedlug zastrz. 7, znamienna tym, ze ognioodporna oslona jest zlozona z cienkiej warstwy izolacyjnej i z warstwy zuzywalnej.
12. 12. Lanca zanurzeniowa wedlug zastrz. 7 albo 11, znamienna tym, ze ma pierscienie zbrojeniowe (38) oslony ognioodpornej wykonane ze spieków ceramicznych albo ogniotrwalych materialów stapianych.
13. 13. Lanca zanurzeniowa wedlug zastrz. 7, znamienna tym, ze jest wyposazona w przesuwne zamocowanie.99 228 FIG. 2 FIG. 1 39 FIG. 3 LN ' FIG. 4 fos. Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120-118 Cena 45 zl PL