RO119313B1 - Procedeu şi instalaţie pentru tratarea metalurgică a fontei - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi la o instalaţie pentru tratarea metalurgică a fontei, utilizate în industria metalurgică. Obiectul invenţiei îl constituie un procedeu conform căruia, pentru fabricarea de topituri de oţel, operaţiile metalurgice se execută într-un singur recipient, care are, într-o primă fază, rol de convertizor, urmată de o a doua, în care încărcătura este supusă unei afinări prin insuflare de oxigen, după care amestecul se încălzeşte şi se omogenizează cu nişte electrozi cu arc electric. Instalaţia constă în două agregate metalurgice (11 şi 21), la care partea centrală (15 şi 25) a unor capace basculante (13 şi 23) se poate racorda pe rând unei conducte curbate (61) pentru gaze arse, prin care se poate aduce o lance (41) de insuflare oxigen, urmată de o racordare a unui dispozitiv ce conţine electrozi (31), susţinut de un dispozitiv de pivotare (33). ŕ

Description

Invenția se referă la un procedeu și la o instalație pentru prelucrarea metalurgică a fontei, fiind utilizate, în special, la elaborarea oțelurilor de calitate, folosind ca materie primă fontă și fier vechi.

Este cunoscut un procedeu de elaborare a oțelurilor în convertizoare, brevet RO 43012, care constă din topirea fontei brute direct în convertizor cu ajutorul cădurii degajate prin arderea unei cantități echivalente de șpan (așchii) de oțel, în curent de oxigen insuflat pe la partea superioară a convertizorului respectiv, conform reacției:

2Fe + O₂ = 2FeO + 128860 calorii raportul admisibil dintre cantitatea de șpan de oțel și fonta solidă din șarjă putând fi de 1:5.

Amorsarea reacției de oxidare (aprindere) a șpanului de oțel este realizată fie prin arderea unei mici cantități de cocs în convertizor, fie prin reacția dintre oxigenul insuflat cu presiune și uleiul care în mod obișnuit acoperă șpanul adus în șarja convertizorului.

Oxigenul consumat la arderea șpanului de oțel rămâne în spațiul de elaborare sub forma oxizilor de fier, oxizi care participă la procesul de afinare a fontei și care, prin dezoxidare, măresc șarja de oțel rezultată în procesul de elaborare.

Acest procedeu se pretează la producerea unor cantități mici de oțel.

Un alt procedeu cunoscut de elaborare a oțelului în convertizor, publicația DE OS 2803960, utilizează oxigenul sau gazele îmbogățite în oxigen. Gazele respective, prin intermediul unei lănci, sunt introduse fie pe la partea superioară a convertizorului, fie pe la partea inferioară a acestuia, pentru a intra în contact cu masa metalică. în urma reacției dintre oxigen și topitură metalică, rezultă oțelul lichid care, ulterior, este supus unei prelucrări directe sau indirecte.

Acest procedeu prezintă dezavantajul că este un mare consumator de materii prime.

Este cunoscută o instalație electrică pentru elaborarea oțelurilor, publicația DE 4302285, alcătuită din două cuptoare și un capac mobil. Instalația respectivă a mai fost prevăzută cu mijloace de purificare a gazelor prin intermediul unei conducte curbate de gaze arse. Pentru topirea șarjei s-au prevăzut trei electrozi în legătură cu o sursă de curent alternativ, iar ca variantă a acestui aranjament, cuptorul poate fi prevăzut cu un electrod care trece prin capacul cuptorului și cu un alt electrod care trece prin partea inferioară a acestuia, având rolul de contraelectrod. în această variantă, electrozii sunt în legătură cu o sursă de curent continuu. Ambele cuptoare sunt astfel exploatate, încât unul din cuptoare este alimentat cu energie electrică pentru a realiza topirea șarjei aflată în interiorul cuptorului respectiv, iar cel de-al doilea cuptor este complet separat de sursa de energie electrică și, după încărcare, este încălzit cu gazele de ardere rezultate de la primul cuptor.

Această instalație de elaborare, practic, funcționează într-o singură treaptă.

O altă instalație cunoscută, publicația DE 3419 030 01, este alcătuită dintr-un singur agregat de elaborare, un convertizor care posedă, pentru fiecare parte a procesului, dispozitive de lucru montate peste și/sau sub agregatul de elaborare, fiecare din aceste dispozitive având o anumită funcție și putându-se regla prin rotire în jurul unei axe de rotire. Cele mai importante dispozitive de lucru sunt, de exemplu; conducta de gaze arse, instalația de încărcare, lancea de insuflare și instalația de evacuare a metalului lichid, aflată la partea de fund a agregatului. Toate aceste mijloace sunt amplasate fix pe cadrul instalației, numai convertizorul se rotește în jurul axei verticale, în pozițiile corespunzătoare de lucru.

Agregatul de reacție este adecvat pentru doar câte un procedeu. Asfel, el se folosește pentru obținerea de topituri metalice, mai ales topituri de oțel, precum și pentru obținerea de gaze, ca de exemplu CO din cărbune și o altă materie primă care înlesnește reacția prin prezența sa, dar nu se consumă sau se consumă foarte puțin, ca de exemplu topitură de fontă.----RO 119313 Β1

O altă instalație cunoscută pentru elaborarea oțelului, publicația WO 91/18120, este 50 alcătuită din două agregate de elaborare care lucrează alternativ, fiind deservite de un singur capac, prin care trec cei trei electrozi conectați la o sursă de curent alternativ. Capacul împreună cu electrozii și cu un segment de conductă pot fi deplasați pe verticală și pe orizontală, pentru a căpăta pozițiile corespunzătoare etapelor de prelucrare a celor două agregate de elaborare. Gazele rezultate în urma procesului de elaborare sunt preluate de 55 o conductă generală pentru a fi dirijate spre o instalație de purificare sau spre evacuare.

în cazul acestei instalații se poate utiliza o singură sursă termică de topire a materiei brute.

Problema care trebuie rezolvată în cazul elaborării oțelurilor, și în special, al celor de calitate, este scurtarea duratei de elaborare și reducerea cosumurilor de materiale și de 60 energie în general.

Problema a fost rezolvată prin intermediul unui procedeu de tratare metalurgică a fontei care, într-o primă etapă, realizează introducerea în agregatul metalurgic de topire Al/Si pentru dezoxidarea depozitului metalic aflat pe fundul agregatului respectiv, după care are loc introducerea de materie primă, săracă în carbon, sub formă de fier vechi sau metal lichid. 65 în etapa următoare, încărcătura este supusă acțiunii unei energii termice neelectrice, prin insuflarea de oxigen și afinarea încărcăturii, cu încărcarea concomitentă a unei cantități de fontă brută și a adaosului de var, și de evacuare a zgurii care conține fosfor, la sfârșitul etapei de afinare, după care încărcătura metalică este supusă acțiunii termice prin intermediul unui arc electric. Afinarea se realizează prin arderea unui amestec de oxigen-gaz 70 metan sau oxigen-păcură cu flacără execesiv de lungă, în cantități peste cele stoechiometrice necesare. Raportul fier vechi-fontă este cuprins în intervalul de la 20:80 până la 40:60, iar raportul fier vechi-fontă-materie primă lichidă, de fier, se află în intervalul cuprins de la 10:60:30 până la 10:40:50.

Instalația pentru realizarea procedeului cuprinde cel puțin un agregat metalurgic de 75 topire, care se poate închide cu cel puțin un capac rabatabil. Capacul respectiv este în legătură cu o instalație de purificare a gazelor prin intermediul unei conducte curbate pentru gazele arse. Prin partea centrală a capacului respectiv poate trece cel puțin un electrod conectat la o sursă de energie electrică. Partea centrală a capacului agregatului de elaborare se poate scoate din capacul respectiv, iar la un orificiu cu care a fost prevăzută partea cen- 80 trală, se poate racorda un orificiu al unei conducte curbate de gaze arse. Prin conducta curbată se poate aduce, prin orificiul central al capacului rabatabil, cel puțin o lance de insuflare în spațiul interior al părții superioare a agregatului metalurgic. Lancea de insuflare este racordată la o stație de alimentare cu un combustibil cum ar fi gazul metan sau păcura și poate avea configurația unui arzător. 85

Conducta curbată de gaze arse este dispusă pe o axă care separă cele două agregate metalurgice, fiind așezată în așa fel într-un ansamblu de rotire, încât orificiul conductei curbate de gaze arse se poate alătura, în mod alternativ, pe unul din orificiile părții centrale a capacului respectiv.

invenția va fi prezentată în detaliu în continuare, în legătură și cu fig.1,2, care 90 reprezintă:

- fig.1, vedere în plan orizontal a instalației;

- fig. 2, secțiune în plan vertical prin cele două agregate metalurgice de elaborare.

în conformitate cu procedeul prezentei invenții, toate operațiile tehnologice de elaborare a oțelului se execută într-un singur agregat metalurgic, acest agregat preluând odată 95 funcția unui convertizor și apoi, în mod direct, fără transvazarea topiturii metalice, același agregat preia funcția unui cuptor electric cu arc. Avantajos, procedeul conform invenției se realizează în două asemenea agregate metalurgice ale căror trepte de lucru se intersectează la 50%.

RO 119313 Β1

După evacuarea, fără zgură, a topiturii metalice din agregatul metalurgic care a funcționat drept cuptor electric, pe fundul acestuia se mai lasă o anumită cantitate de metal topit, necesară reinițierii procesului la topirea obișnuită cu arc electric. Pentru a preîntâmpina reacțiile puternice cu metalul lichid, se introduce Al/Si pentru legarea depozitului de metal lichid aflat pe fundul agregatului de elaborare. în continuare, se insuflă oxigen; în același timp are loc reducerea siliciului, iar șarja metalică se încălzește în toată masa ei. în timpul operației de reducere se adaugă, în același timp, fontă brută, ca metal de răcire, pentru a menține temperatura oțelului la o valoare prestabilită. Concomitent se adaugă calciu, pentru reglarea bazicității. în tot acest timp nu este necesară nici o prelucrare termică electrică, iar între timp, se îndepărtează aproximativ 50% din zgura îmbogățită cu siliciu. în timpul operației de reducere se aspiră gazele de ardere. După terminarea insuflării se evacuează zgura cu conținut de fosfor.

în acest moment se realizează schimbarea dispozitivelor de lucru, și anume se îndepărtează țeava-lance și conducta curbată de gaze arse, iar în locul lor se pun în funcțiune electrozii și se deschide conducta de gaze arse, pentru a permite efectuarea operației de topire în agregatul respectv, care, în această fază, lucrează drept cuptor electric. La terminarea operațiunii, se evacuează zgura reziduală, iar topitură lichidă se evacuează prin orificiul de evacuare amplasat la fundul cuptorului.

în locul insuflării de oxigen prin țeava-lance de oxigen se propune, în vederea eliminării conținutului de carbon din fontă, să se monteze arzătoare de gaz metan-oxigen sau de păcură-oxigen, și acestea să se folosească cu lungime excesivă a flăcării și cu exces, față de cantitatea stoechiometrică necesară.

La folosirea de metal lichid, acesta prezintă o temperatură de peste 1300’C. Se propun diferite amestecuri de metale. S-a dovedit mai economic un raport al fontei lichide față de metalul lichid de cca 50:50. Apoi s-a propus să se lucreze cu un raport de fier vechi-fontă brută, de cca 30:70. Se mai propune să se folosească un raport fier vechi-fontă brută-metal lichid, în intervalul unui raport de 50:60:30 până la 10:40:50.

După fiecare treaptă finală a procedeului se curăță orificiul de evacuare de la fundul agregatului de elaborare, după care acesta se obturează, se încarcă materialul corespunzător, capacul agregatului metalurgic se amplasează pe poziția de închis, țeava-lance, respectiv arzătorul și conducta de gaze arse se aduc în poziția de funcționare, permițând, în acest caz, reluarea procesului de elaborare.

în timpul operației de insuflare, la folosirea unei instalații care are două agregate metalurgice de elaborare, are loc, în unul din agregate, un proces de topire a șarjei prin intermediul arcului electric dintre electrozi. Gazele arse sunt conduse prin conducta curbată de gaze arse într-o cameră de amestecare, unde se amestecă cu gazele de evacuare rezultate în urma procesului de insuflare. Dat fiind faptul că procesul de insuflare, prin arderea suplimentară a CO permite realizarea de temperaturi foarte ridicate ale gazelor arse, se asigură în acest fel că gazele arse, eventual mai reci, din procesul de exploatare a cuptorului electric, sunt arse suplimentar în mod sigur. Prin aceasta se evită degajarea de gaze poluante și eventual formarea altor hidrocarburi ca, de exemplu, furani sau dioxizi.

Instalația pentru realizarea procedeului, în conformitate cu fig. 2, este alcătuită din două agregate metalurgice 11 și 21. Unul din aceste agregate notat cu 11 poate funcționa drept convertizor sau cuptor electric cu arc. Agregatul 11 este alcătuit dintr-o parte superioară 12, un capac rabatabil 13 și o parte inferioară 17. Capacul 13 are o parte centrală

16, prevăzută cu un orificiu central.

RO 119313 Β1

Pe un suport-consolă 42 este fixată o lance 41, poziționată coaxial față de o axă I I a agregatului metalurgic respectiv. Această lance 41 trece printr-o conductă curbată 61, de gaze arse, prevăzută cu un orificiu 62 și prin orificiul părții centrale 16 al capacului rabatabil, pătrunzând în spațiul interior al părții superioare 12, a agregatului metalurgic 11.

Conducta de gaze arse 61 se poate bascula prin intermediul unui dispozitiv de rotire 63. 150

Partea inferioară 17 a agregatului 11 este prevăzută cu un orificiu de evacuare 19, amplasat la partea inferioară a acestuia, pentru evacuarea topiturii din interiorul agregatului metalurgic 11.

Cel de-al doilea agregat metalurgic 21, cel prezentat în partea stângă a fig. 2, este prevăzut cu un braț port-electrozi 32, la care sunt fixați niște electrozi 31, în cazul de față trei 155 electrozi 31. Electrozii 31 trec printr-o parte centrală 25, care închide orificiul central al capacului 26.

Așa cum se poate vedea din fig. 2, fiecare agregat metalurgic este prevăzut cu niște proeminențe 18 și 28 și cu niște guri de evacuare 19 și 29 (în cazul de față ușile pentru evacuarea zgurii). Capacele 13 și 23 ale agregatelor metalurgice pot fi preluate de niște 160 dispozitive de basculare 14 și 24. Cu ajutorul acestor dispozitive 14 și 24 capacele respective pot fi în poziție basculată sau de funcționare. în cazul celui de-al doilea agregat metalurgic, care face parte din instalația conform invenției, se poate vedea și partea centrală 25 a capacului basculant.

La capacele basculante 13 și 23 sunt racordate niște conducte curbate de gaze arse 165 și 52, în legătură cu conducta principală curbată de gaze arse 55, prin intermediul unor ventile 53 și 54. La conducta principală de gaze arse 55, mai sunt racordate niște conducte de aspirație 56 și 57, ale proeminențelor 18 și 28.

Capacul 13 este în legătură, cu posibilități de separare, cu conducta curbată 61 de gaze arse, care se poate bascula prin intermediul dispozitivului de rotire 63. Conducta prin- 170 cipală de gaze arse 55 și o altă conductă principală de gaze arse 64 sunt în legătură cu o cameră de ardere suplimentară 71. Prin conducta curbată 61 este condusă țeava-lance 41, susținută de suportul-consolă 42.

Prin partea centrală 25 a capacului rabatabil este condus electrodul 31, racordat la un dispozitiv de pivotare 33, al electrozilor, prin intermediului brațului port-electrod 32. 175

Pentru obținerea topiturii metalice se utilizeză agregate metalurgice ale căror capace sunt prevăzute cu o parte centrală, care se poate scoate pentru a se realiza felurite etape ale procesului de elaborare. Prin orificiile cu care au fost prevăzute aceste părți centrale se poate introduce cel puțin o țeavă-lance sau cel puțin un arzător, în spațiul interior al agregatului metalurgic respectiv. 180

Prin aceste părți constructive adaptate corespunzător și simple, agregatul metalurgic se poate transforma cu ușurință dintr-un cuptor electric cu arc într-un convertizor. Țeavalance, care trece prin conducta curbată de gaze arse, este racordată la un dispozitiv care permite introducerea adâncă a capătuilui inferior al lăncii respective în interiorul agregatului metalurgic. 185

Țeava-lance folosită poate prezenta configurația unei lănci propriu-zise, de introducere a oxigenului, a unui arzător simplu sau a unei țevi lănci multifuncționale.

Conducta curbată de gaze arse cu care este echipat cuptorul electric cu arc, prezintă mijloacere de închidere, care se închid în timpul fazei de insuflare și în timpul aspirației gazelor arse, prin conducta curbată de gaze arse. 190 _____________ Pentru încărcarea metalului lichid, respectiv a fontei lichide, se utilizează proeminențele amplasate la partea inferioară a agregatelor metalurgice care compun instalata conform invenției.

RO 119313 Β1 în cazul folosirii unei instalații cu două agregate metalurgice de elaborare a oțelului, este necesară numai o țeavă-lance, respectiv un arzător și o conductă curbată de gaze arse, precum și numai o sursă de alimetare electrică, la care sunt conectați electrozii respectivi.

Prin dispunerea liberă a suportului-consolă pentru electrozi și a conductei curbate pentru gazele arse, inclusiv a țevilor-lănci, respectiv a ansamblului arzător, se poate modifica funcția respectivă a agregatului metalurgic utilizat, printr-o basculare simplă și de scurtă durată. în acest caz nu mai este nevoie de deschiderea completă a capacelor sau transvazarea topiturii aflate în interiorul recipientului metalurgic respectiv.

Punctele de basculare ale dispozitivului de basculare a electrizilor și de rotire a conductei curbate pentru gazele arse sunt dispuse pe o axă de separare II - II, care separă primul agregat metalurgic de cel de-al doilea agregat metalurgic de elaborare.

Claims (11)

1. Revendicări

   1. Procedeu pentru tratarea metalurgică a fontei, caracterizat prin aceea că, într-o primă etapă, se introduce în agregatul metalurgic de topire Al/Si pentru dezoxidarea depozitului metalic aflat pe fundul agregatului respectiv, după care, are loc introducerea de materie primă, săracă în carbon, sub formă de fier vechi sau metal lichid, etapă urmată de o altă etapă în care încărcătura este supusă acțiunii unei energii termice ne-electrice, prin insuflare de oxigen, și de afinare a încărcăturii, cu încărcarea concomitentă a unei cantități de fontă brută și a adaosului de var și de evacuare a zgurii care conține fosfor la sfârșitul etapei de afinare, după care încărcătura este supusă acțiunii unei energii termice prin intermediul unui arc electric.
2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că afinarea se relizează prin arderea unui amestec de oxigen-gaz metan sau oxigen-păcură cu flacără excesiv de lungă, în cantități peste cele stoechiometrice.
3. 3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că raportul dintre fonta lichidă:materie primă fier, sub formă lichidă , este de aproxiativ 50:50.
4. 4. Procedeu conform revendicărilor 1 și 3, caracterizat prin aceea că raportul fier vechi:fontă este cuprins în intervalul de la 20:80 până la 40:60.
5. 5. Procedeu conform revendicărilor 1... 4, caracterizat prin aceea că raportul fier vechi:fontă:materie primă lichidă, de fier, se află în intervalul cuprins de la 10:60:30 până la 10:40:50.
6. 6. Instalație pentru realizarea procedeului conform revendicării 1, cuprinzând cel puțin un agregat metalurgic de topire, care se poate închide cu un capac rabatabil, fiind în legătură cu o instalație de purificare a gazelor prin intermediul unei conducte curbate de gaze arse, iar prin partea centrală a capacului său poate trece cel puțin un electrod, și care posedă un ansamblu pentru umplerea agregatului cu materialul de șarjare, agregat care mai este prevăzut cu un orificiu de evacuare a zgurii precum și cu un orificiu pentru evacuarea topiturii, aflat pe fundul agregatului respectiv, caracterizată prin aceea că partea centrală (15 și 25) a capacului se poate scoate din capacul respectiv (13 și 23), iar la un orificiu (16 și 26) a părții centrale (15 și 25) se poate racorda un orificiu (62) al unei conducte curbate (61) de gaze arse, iar prin conducta curbată (61) se poate aduce, prin orificiul central (16 și 26) al capacului (13 și 32), cel puțin o lance de insuflare (41) în spațiul interior al părții superioare (12 și 22) a agregatului metalurgic (11 și 21).
7. 7. Instalație conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că lancea de insuflare (41) este racordată la o stație de alimentare cu oxigen și, în plus, la o stație de alimentare cu combustibil, cum ar fi gazul metan sau păcura, și are configurația unui arzător.

   RO 119313 Β1
8. 8. Instalație conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că, conducta curbată (61) de gaze arse este racordată la o cameră de ardere suplimentară (71), în legătură cu conducta principală de gaze arse (55).
9. 9. Instalație conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că, la partea inferioară (17 și 27) a agregatului metalurgic (11 și 21), este prevăzută o proeminență (18 și 28) pentru alimentarea șarjelor lichide.
10. 10. Instalație conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că cele două agregate metalurgice (11 și 21) sunt racordate la o singură stație de alimentare cu oxigen și la o singură stație de alimentare cu combustibil.
11. 11. Instalație conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că, respectiv, conducta curbată (61) de gaze arse, este dispusă pe o line (II) care separă cele două agregate metalurgice (11 și 21), fiind așezată într-un ansamblu de rotire (63) în așa fel, încât orificiul (62) al conductei curbate (61) de gaze arse, se poate alătura, în mod alternativ, pe unul din orificiile (16 sau 26) părții centrale (15 și 25) a capacelor respective (13 sau 23).